[發明專利]一種光纖型寬帶光渦旋轉換器

有效

• 申請號: 201711246428.4
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108089267B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 李樹輝;徐哲;趙睿軒;王健
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種光纖型寬帶光渦旋轉換器；該轉換器包括單模光纖、作用在單模光纖的偏振控制器、多模光纖、作用在多模光纖的偏振控制器，放置在多模光纖輸出端的起偏器。通過單模光纖輸出端與多模光纖輸入端構成的非對稱連接激發光渦旋模式。光渦旋模式的階數可以通過控制偏振控制器進行靈活調控；通過對偏振控制器與起偏器工作狀態的聯合調解，可以濾除殘存的非光渦旋成分，提升光渦旋模式純度。轉換器不具有限制帶寬的結構，因此工作帶寬大。本發明可以利用非對稱熔接和非對稱粘貼實現，加工工藝簡單。相比于傳統光渦旋轉換器件，本發明明顯降低了加工難度與成本、提升了器件的工作帶寬，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于光子學領域，更具體地，涉及一種光纖型寬帶光渦旋轉換器。

背景技術

光渦旋(OV：Optical Vortex)是一類具有螺旋相位的特殊光場，其中l可以是任意整數，稱為拓撲荷數，為方位角。光渦旋圍繞光軸扭轉向前傳輸，中心處存在不確定相位奇點，成中空環形分布。1992年，Allen等人證實光渦旋每個光子攜帶值為lh的軌道角動量，因此光渦旋也被稱為軌道角動量(OAM：Orbital Angular Momentum)光束。光渦旋因其獨特的相位特性(螺旋相位)、光強特性(環形光強)和動力學特性(攜帶軌道角動量)，已被并被廣泛應用于光學捕獲、光學鑷子、光學扳手、光學漩渦打結、轉速測量和量子信息處理等多個領域。近年來，光渦旋在通信領域也顯現了巨大潛力，為通信系統容量的持續擴容、帶寬增長提供了新途徑。

光渦旋的產生方法很多，概括起來可以分為兩類。其中一類是直接從激光腔中輸出光渦旋光束；另一類是在腔外通過轉換器將高斯光束變換為光渦旋光束(光渦旋模式)。尤其是第二種方法具有實現簡單、靈活、可控性強、實現方式多等特點，因此應用也更加廣泛。常用的光渦旋模式轉換器有螺旋相位盤、衍射全息圖、超材料、柱透鏡系統、Q盤(Q-Plate)、耦合器、集成波導器件等。此外，近年來基于光纖結構產生光渦旋光束也引起了廣泛關注。應用光纖結構產生光渦旋光束具有靈活可控、低成本、體積小等優點，其應用前景十分廣泛。但是，現有的光纖光渦旋光束產生方法也多存在加工制作困難、模式純度低、帶寬窄等諸多挑戰。尤其是帶寬受限問題，在其它非光纖光渦旋產生方案中同樣存在。然而，在很多實際應用中，寬帶寬是十分必要的。比如，在光通信廣泛采用的波分復用技術需求的帶寬就很大，在這種情況下，若進一步結合光渦旋通信提升系統容量，勢必要求光渦旋產生器具有同樣的帶寬。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種光纖型寬帶光渦旋轉換器，其目的在于提高光渦旋轉換器的工作帶寬。

本發明提供了一種光纖型寬帶光渦旋轉換器，包括：單模光纖，第一偏振控制器，多模光纖，第二偏振控制器和起偏器；單模光纖的輸入端用于接收高斯光，單模光纖的輸出端與多模光纖的輸入端之間采用非對稱連接；第一偏振控制器施加在單模光纖上，第二偏振控制器施加在多模光纖上，起偏器設置在多模光纖的輸出端。

工作時，從所述單模光纖入射的高斯光經過單模光纖與多模光纖的非對稱連接的作用，激發多模光纖內的高階模式成分；并通過聯合調控所述第一偏振控制器、第二偏振控制器和起偏器來控制光纖內傳播各個模式的相位與偏振態，濾除殘留的高斯模式成分，調節光渦旋的階數，并在輸出端獲得高純度的光渦旋模式或者LP模式。

更進一步地，起偏器與多模光纖的輸出端之間留有一定的空間，其目的是為了防止光纖與起偏器物理接觸引發形變，影響光束質量與出射方向。