[發明專利]聚焦渦旋光發生器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010145777.2
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN113359308A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王義平;余建;白志勇;廖常銳;劉朝
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

本發明涉及一種聚焦渦旋光發生器以及一種上述聚焦渦旋光發生器的制備方法。其中聚焦渦旋光發生器包括：單模光纖、多模光纖和復合型螺旋相位片，多模光纖的輸入端與單模光纖對接耦合，多模光纖的輸出端與復合型螺旋相位片對接耦合。上述聚焦渦旋光發生器能將激光直接調制為具有優良聚焦特性的渦旋光。

技術領域

本發明涉及衍射光學領域，特別是涉及一種聚焦渦旋光發生器及其制備方法。

背景技術

渦旋光束由于其獨特的螺旋波前結構和中心奇點特性而在通信、傳感以及粒子操控等領域獲得了廣泛應用。以往渦旋光束的產生依賴于自由空間光耦合，如圓柱-透鏡模式轉換器，空間光調制器，微觀環形諧振器和螺旋相位板等。

但是，渦旋光束在傳播過程中具有高發散特性，使得其在如渦旋光耦合、渦旋光微粒操控等一些實際應用中并不為人們所期望。傳統的渦旋光束發生器件雖能夠產生出渦旋光束，但是并不具備同時對所產生渦旋光束的聚焦能力。因此，在應用中需要借助外在的光學元件來對渦旋光束進行聚焦。外在聚焦元件的引入不僅增大了整個光學系統的體積，增添了繁瑣的光束準直過程，且降低了系統的穩定性。

發明內容

基于此，提供一種聚焦渦旋光發生器，其能將激光直接調制為具有優良聚焦特性的渦旋光，同時還提供一種聚焦渦旋光發生器的制備方法，用于制備上述聚焦渦旋光發生器。

為了達到上述技術效果，本申請采用如下技術方案：

一種聚焦渦旋光發生器，包括：單模光纖、多模光纖和復合型螺旋相位片，所述多模光纖的輸入端與所述單模光纖對接耦合，所述多模光纖的輸出端與所述復合型螺旋相位片對接耦合。

上述聚焦渦旋光發生器，其中單模光纖用于抗干擾傳輸激光，多模光纖用于對單模光纖中的激光擴束，使激光的束寬達到復合型螺旋相位片生成渦旋光的標準，再使用復合型螺旋相位片生成具有聚焦特性的渦旋光。上述基于光纖制備的聚焦渦旋光發生器，具有體積小、成本低、結構簡單易制備、抗干擾能力及穩定性強等特點。

在其中一些實施例中，所述多模光纖為漸變折射率光纖，所述漸變折射率光纖的長度為節距的(2N+1)/4倍，其中N為自然數。

在其中一些實施例中，所述復合型螺旋相位片的透過率函數滿足如下關系：

其中p為拓撲荷數，λ為被調制激光的波長，f為所述復合型螺旋相位片的設計焦距，為極坐標，r為極徑，為極角，i為虛數單位，D為大于零的常數，circ(r/R)為圓域函數，R為復合型螺旋相位片的半徑。

在其中一些實施例中，所述復合型螺旋相位片的極坐標上厚度分布h滿足如下關系：

其中，

其中，λ為被調制激光的波長，n₁為固化后所述光敏膠的折射率，n₂為所述復合型螺旋相位片周圍介質的折射率，p為拓撲荷數，f為所述復合型螺旋相位片的設計焦距，為極坐標，r為極徑，為極角，i為虛數單位，D為大于零的常數。

在其中一些實施例中，所述復合型螺旋相位片分布有槽體結構，所述槽體結構的槽深h₀滿足如下關系：

其中，λ為被調制激光的波長，n₁為所述復合型螺旋相位片的折射率，n₂為所述復合型螺旋相位片周圍介質的折射率。

在其中一些實施例中，所述復合型螺旋相位片的直徑大于所述多模光纖的有效通光直徑，且小于所述多模光纖的外徑。

在其中一些實施例中，所述聚焦渦旋光發生器還包括匹配層，所述匹配層設置于所述多模光纖與所述復合型螺旋相位片之間，使所述復合型螺旋相位片牢固的粘附在所述多模光纖上。