[實用新型]偏振無關型軌道角動量調制器和軌道角動量光束發生器

有效

• 申請號: 201821991762.2
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN209132535U
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 張巖;白志勇;王義平;付彩玲;劉申
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B6/02
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 李文淵

本申請涉及一種偏振無關型軌道角動量調制器和軌道角動量光束發生器。所述偏振無關型軌道角動量調制器包括光纖主體。所述光纖主體具有螺旋光纖結構，所述螺旋光纖結構具有長周期光纖光柵效應。所述光纖主體軸向具有周期性的螺旋折射率調制，所述螺旋折射率調制周期位于百微米量級，所述螺旋折射率調制分布于所述光纖主體的軸向、徑向和角向，用于激發螺旋相位，產生軌道角動量光束。上述偏振無關型軌道角動量調制器，可以在一定帶寬內激發螺旋相位，不會形成對偏振敏感的特定方向，具有偏振無關性。全光纖結構在通信中有利于集成，具有良好的兼容性，無需其他器件輔助，具有結構簡單、容易制備等優勢。

技術領域

本申請涉及軌道角動量應用技術領域，特別是涉及一種偏振無關型軌道角動量調制器和軌道角動量光束發生器。

背景技術

攜帶有軌道角動量(orbital angular momentum，OAM)的渦旋光與傳統的平面波、球面波及其他偏振光在波前結構方面存在著很大的差別，渦旋光圍繞光束中心呈現出特有的螺旋型波前結構，其相位因子中存在用數學公式可表示為exp(ilθ)的一項，其中θ為旋轉相位角，l為光學渦旋的拓撲荷數。

相關技術中，螺旋相位片(Spiral phase plates，SPP)可以在不改變模式的前提下提高轉換效率。螺旋相位片是一塊厚度不均勻的光學調制器件，其中一面為平面，另外一面是厚度隨方位角變化的螺旋曲面介質圓盤。其螺旋相位片平板厚度隨方位角按h＝lλθ/2πr(n-1)關系變化，其中，n為材料折射率，l為產生的軌道角動量光束拓撲荷值，θ為方位角。當一束高斯光經過該透射型介質平板時，不同半徑處所經過的厚度與折射角均不相同，得到不同的光程差，進而引起不同的相位差。對于特定波長，若旋轉一周形成2lπ的相位差即可產生的拓撲荷數為l。該方法可以直觀的產生螺旋相位，不需要其他輔助設備。但是，使用一個螺旋相位片不能同時產生多個不同階數的軌道角動量光束，且只能在特定工作波長處產生軌道角動量光束。此外，螺旋相位片沿角向的螺距要求嚴格，需要非常精密的制備技術。

可以利用空間調制器產生的計算全息圖實現衍射光學元件(DiffractiveOptical Elements，DOEs)的功能。通過電腦程序控制可以在空間光調制器的液晶屏上加載不同的電壓，改變晶體的形態，從而在液晶屏上加載不同的全息圖。利用不同全息圖即可靈活的控制產生的軌道角動量光束的拓撲荷數。但是，空間光調制器存在價格昂貴、具有偏振相關性、耦合效率低以及只能產生低功率軌道角動量光束等缺點。

長周期光纖光柵與壓力板、旋轉器或偏振控制器相結合可以激發出螺旋相位。長周期光纖光柵實現模式由基模到高階模式的耦合，而其他附件可以在耦合的高階模式間產生±π/2的相位差。雖然該方法具有耦合效率高、插損低、質量輕、成本低、抗電磁干擾以及與光纖通信系統完全兼容等優勢。但是，長周期光纖光柵激發螺旋相位需要外加附件以實現相位調制，具有偏振相關性。

綜上所述，相關技術實現螺旋相位激發具有波長依賴性、偏振相關性、結構復雜以及制備困難等問題。

實用新型內容

基于此，有必要針對激發螺旋相位的相關技術存在波長依賴性和偏振相關性、結構復雜以及制備困難的問題，提供一種偏振無關型軌道角動量調制器和軌道角動量光束發生器。

一種偏振無關型軌道角動量調制器，包括：

光纖主體，具有螺旋光纖結構，所述螺旋光纖結構具有長周期光纖光柵效應；

所述光纖主體軸向具有周期性的螺旋折射率調制，所述螺旋折射率調制周期位于百微米量級，所述螺旋折射率調制分布于所述光纖主體的軸向、徑向和角向，用于激發螺旋相位，產生軌道角動量光束。