[實用新型]一種集成軌道角動量模式發射器

有效

• 申請號: 201420296038.3
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN204031182U
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 王健;趙一凡
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本實用新型屬于集成光電子學和光通信領域，涉及一種集成軌道角動量模式發射器。?

背景技術

1935年，實驗表明當光束為圓偏振態時，其光子可以攜帶角動量為的自旋角動量。相比之下，當光束為線偏振態且具有空間螺旋相位分布時，其光子將攜帶角動量為的軌道角動量，其中l為拓撲電荷。1992年，人們發現攜帶軌道角動量的光束可以在實驗室獲取，從此軌道角動量光束受到了越多越多的關注并在多個領域獲得了廣泛應用，這其中包括軌道角動量光通信。由于利用軌道角動量信息復用的光通信技術具有頻譜效率高和安全性好等特點，近年來發展迅速。在軌道角動量光通信中，軌道角動量模式發射器是整個通信系統中的核心器件。?

目前，已經有很多技術方案和結構各異的器件可以產生軌道角動量模式，比如螺旋相位板、柱形透鏡模式轉換器、角向光柵微環、同心圓環徑向光柵、空間光調制器等。不過這些都是無源器件，本質上都是將已產生的高斯模式轉化為軌道角動量模式，是一種模式轉換器，在工作時是和激光器分離的器件，這無法適應未來光通信以及光互連系統中對于核心器件規模高度集成的發展需求。因此，迫切需要將軌道角動量模式的產生與激光器集成在一起，形成一個高度集成的軌道角動量模式發射器，這對于推動軌道角動量光通信的快速發展具有重要戰略性意義。?

實用新型內容

為了解決以上問題，本實用新型提供一種集成軌道角動量模式發射器，?目的在于為軌道角動量光束的高效發射提供整體集成解決方案，目標軌道角動量發射器高度集成且結構簡單易實現。?

本實用新型提供的一種集成軌道角動量模式發射器，其特征在于，它由襯底、反射鏡結構、有源區、橫向光場和電場限制層和產生角向螺旋相位分布的相位板構成，上、下兩層反射鏡結構與有源區形成三明治結構，構成諧振腔，整個諧振腔生長在襯底上，相位板生長在諧振腔上方，所述橫向光場和電場限制層生長在有源區和上層反射鏡之間，或者通過四周質子注入部分上層反射鏡而成。?

上述發射器工作時，載流子從上注入有源區，載流子在有源區內形成粒子數反正，再由諧振腔形成穩定的單縱模輸出激光，其中，橫向光場和電場限制層用以限制橫向光場和電場，由諧振腔輸出所需波長的激光直接進入產生角向螺旋相位分布的相位板，從而發射出軌道角動量模式。?

作為上述技術方案的改進，反射鏡結構可以采用分布式布拉格反射鏡。?

作為上述技術方案的改進，橫向光場和電場限制層可以是有源區上生長的氧化層并在中心開窗口用以限制橫向光場和電場，也可以是部分有源區上高低折射率交替結構分布式布拉格反射層在四周進行質子注入用以限制橫向光場和電場。?

作為上述技術方案的改進，所述產生角向螺旋相位分布的相位板可以采用螺旋連續相位板結構、螺旋階梯相位板結構、叉形衍射光柵相位板結構以及超表面相位板結構等可以提供沿角向呈螺旋相位分布的結構化相位板。?

作為上述技術方案的改進，在襯底下方以及產生角向螺旋相位分布的相位板的上方增加金屬電極以提供載流子注入。?

作為上述技術方案的改進，所述集成軌道角動量模式發射器可拓展為一個集成發射器陣列，可同時發射出不同階數的軌道角動量模式。?

本實用新型具有如下有益效果：?

1、相比于傳統分離的激光器與軌道角動量模式轉換器，本實用新型提供了集成軌道角動量模式發射器的整體集成解決方案，實現了軌道角動量模式發射器的高度集成和小型化，且結構簡單易實現。?

2、本實用新型集成軌道角動量模式發射器可以很容易拓展為陣列結構，可以將不同階數的軌道角動量模式發射器集成在一起，同時發射不同階數的軌道角動量模式，甚至分數階軌道角動量模式，進而可以應用于軌道角動量模式的編解碼以及復用通信。?

3、本實用新型集成軌道角動量模式發射器可以通過對反射鏡結構參數以及有源層材料體系和結構的選擇靈活改變發射軌道角動量模式的波長。?

4、本實用新型集成軌道角動量模式發射器的襯底、反射鏡結構、有源區、橫向光場和電場限制層和產生角向螺旋相位分布的相位板均基于成熟的半導體工藝，器件工藝成熟易于實現?

附圖說明

圖1是本實用新型提供的集成軌道角動量模式發射器的結構示意圖；?

圖2a是橫向光場和電場限制層示意圖，其是有源區上生長的氧化層并在中心開窗口，2b是氧化層中心開窗口示意圖。?

圖3是橫向光場和電場限制層示意圖，其是有源區上部分高低折射率交替結構分布式布拉格反射層在四周進行質子注入。?