[發(fā)明專利]一種光纖渦旋光束發(fā)生器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011032937.9
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112363320B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙浩宇;陳宮傣;閆曉劍;徐華;劉浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09;G02B6/255
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙) 51124
• 代理人: 陳立志

本發(fā)明涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種光纖渦旋光束發(fā)生器及其制備方法，以便能夠直接、高效的生成渦旋光束。本發(fā)明包含依次熔接在一起的單模光纖、單包層多芯光纖、雙包層多芯光纖及環(huán)形芯光纖；起偏后的線偏振模入射至單模光纖并在其中傳輸，傳輸至單模光纖?單包層多芯光纖熔接處并耦合至單包層多芯光纖，形成多個(gè)強(qiáng)度分布一致的纖芯線偏振模場(chǎng)，各個(gè)纖芯線偏振模場(chǎng)之間的相位具有相同差值且相位差總和為2πl(wèi)，其中l(wèi)為拓?fù)浜蠑?shù)；雙包層多芯光纖的纖芯模場(chǎng)向環(huán)形芯光纖耦合時(shí)進(jìn)行模場(chǎng)相位調(diào)制轉(zhuǎn)換，各個(gè)纖芯模場(chǎng)其強(qiáng)度分布逐漸耦合變換為環(huán)形芯光纖的環(huán)形模場(chǎng)。本發(fā)明適用于渦旋光束的生成及傳輸、光通信、光傳感、光操縱等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光纖渦旋光束發(fā)生器及其制備方法。

背景技術(shù)

轉(zhuǎn)動(dòng)物體具有角動(dòng)量，而光也同樣存在，并被定義為光自旋角動(dòng)量和光軌道角動(dòng)量。若光束中的光子具有光軌道角動(dòng)量，光束則被稱為光學(xué)渦旋光束，光束波前呈現(xiàn)為螺旋結(jié)構(gòu)。光束波前的奇特結(jié)構(gòu)是因?yàn)槠鋫鬏敱磉_(dá)式具有一個(gè)橫向方位角的相位分布項(xiàng)exp(ilφ)，其中φ為方位角，l為拓?fù)浜蓴?shù)。拓?fù)浜蓴?shù)不為0且為整數(shù)時(shí)，其絕對(duì)值大小及正負(fù)性共同決定了光束橫向的相位分布結(jié)構(gòu)，從而光束波前會(huì)呈現(xiàn)出單螺旋、雙螺旋、多螺旋等結(jié)構(gòu)以及左旋或右旋的特征。由于渦旋光束具有額外的角向自由度，且因?yàn)橥負(fù)浜蓴?shù)的變化，理論上具有無窮多個(gè)模態(tài)且互相正交，可承載互相獨(dú)立的光信號(hào)。因此渦旋光束在光傳輸高密度信號(hào)有廣闊應(yīng)用前景。同時(shí)，渦旋光束軌道角動(dòng)量具有機(jī)械效應(yīng)，可以產(chǎn)生扭矩使物體移動(dòng)旋轉(zhuǎn)，可以應(yīng)用于光操縱，光傳感，且因其獨(dú)特的光場(chǎng)結(jié)構(gòu)使其具有獨(dú)特的散射特性，因此渦旋光束在生物醫(yī)學(xué)成像也具有非常大的應(yīng)用潛力。

目前，渦旋光束可以在激光器諧振腔內(nèi)直接調(diào)制生成渦旋光束，但成本高；利用空間相位板、空間光調(diào)制器等也可很便利地生成各類渦旋光，但空間光路較大且成本高。在光纖中生成與傳輸渦旋光束是目前的熱點(diǎn)，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過光纖矢量模式的疊加得到相位分布純度也更高。專利(201310030067.5、201310029915.0、201610130733.6、201711072397.5)公開了多種方法調(diào)制中央纖芯折射率呈手性分布的特種光纖用于生成相位渦旋光束。另有專利(201711070336.5)則是利用螺旋纖芯的周期性微擾，使得中央少模纖芯傳輸?shù)牡碗A線偏振模轉(zhuǎn)化為高階相位渦旋模式。上述方法一般均使用特定長(zhǎng)度的光纖端生成渦旋光束。專利(201611046969.8)利用在纖芯周圍填充的壓電材料加電產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力，使纖芯產(chǎn)生應(yīng)力雙折射，從而使光纖導(dǎo)模發(fā)生本征值分裂，優(yōu)選某兩正交模式出現(xiàn)±π/2相位差，則可產(chǎn)生渦旋光束。另外還有諸如專利(201910842591.X)等利用各類方法增大模式間的有效折射差，實(shí)現(xiàn)光纖中多種渦旋光的穩(wěn)定傳輸，但并未提及渦旋光束的直接生成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：額外提供一種光纖渦旋光束發(fā)生器及其制備方法，以便能夠直接、高效的生成渦旋光束。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種光纖渦旋光束發(fā)生器，包含依次熔接在一起的單模光纖、單包層多芯光纖、雙包層多芯光纖及環(huán)形芯光纖；起偏后的線偏振模入射至單模光纖并在其中傳輸，傳輸至單模光纖-單包層多芯光纖熔接處并耦合至單包層多芯光纖，形成多個(gè)強(qiáng)度分布一致的纖芯線偏振模場(chǎng)，各個(gè)纖芯線偏振模場(chǎng)之間的相位具有相同差值且相位差總和為2πl(wèi)，其中l(wèi)為拓?fù)浜蠑?shù)；單包層多芯光纖將其纖芯線偏振模場(chǎng)耦合至雙包層多芯光纖，雙包層多芯光纖的纖芯模場(chǎng)向環(huán)形芯光纖耦合時(shí)進(jìn)行模場(chǎng)相位調(diào)制轉(zhuǎn)換，各個(gè)纖芯模場(chǎng)其強(qiáng)度分布逐漸耦合變換為環(huán)形芯光纖的環(huán)形模場(chǎng)。

進(jìn)一步的，為了保證多芯光纖和雙包層多芯光纖間的模場(chǎng)匹配，需盡量滿足以下條件：

單包層多芯光纖和雙包層多芯光纖的纖芯到光纖軸心的距離相等；單包層多芯光纖與雙包層多芯光纖的纖芯尺寸相等；單包層多芯光纖數(shù)值孔徑與雙包層多芯光纖的纖芯-內(nèi)包層數(shù)值孔徑相等；單包層多芯光纖的纖芯模場(chǎng)直徑小于雙包層多芯光纖內(nèi)包層的直徑。