[發明專利]光子集成芯片上的軌道角動量濾波器實現方法

有效

• 申請號: 202110471359.7
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113296188B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 金賢敏;王慧明;唐豪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/122;G02B6/136
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種光子集成芯片上的軌道角動量濾波器實現方法，利用飛秒激光直寫加工出剖面為單臂螺線型的直波導陣列，通過對直寫功率和結構參數的調控使加工的特定波導具備只通過特定階數的軌道角動量光束的能力，即軌道角動量濾波。本發明通過打破手性來實現時間反演對稱性，通過單臂螺線結構引入手性，該濾波器能夠過濾得到固定階數的軌道角動量，實現片上軌道角動量解復用。

技術領域

本發明涉及的是一種片上波導領域的技術，具體是一種光子集成芯片上的軌道角動量(OAM)濾波器實現方法。

背景技術

光子芯片是一種在玻璃等導光材料上加工光子器件，使光子器件小型化集成化在襯底材料上以實現在芯片上對信息進行傳輸和處理。與傳統信息處理手段相比，其處理和傳送速度更快，也更加安全。軌道角動量作為光子的基本屬性具有高維自由度，在光通信和量子信息技術上有不可比擬的優勢。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種光子集成芯片上的軌道角動量濾波器實現方法，通過打破手性來實現時間反演對稱性，通過單臂螺線結構引入手性，該濾波器能夠過濾得到固定階數的軌道角動量，實現片上軌道角動量解復用。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種光子集成芯片上的軌道角動量濾波器實現方法，利用飛秒激光直寫加工出剖面為單臂螺線型的直波導陣列，通過對直寫功率和結構參數的調控使加工的特定波導具備只通過特定階數的軌道角動量光束的能力，即軌道角動量濾波。

所述的直波導陣列，為12根平行單模波導，該陣列的剖面構成單臂螺線型，具體為極坐標系下參數方程為r＝a+b*θ的阿基米德螺線，其中：r為徑向變量，θ為角向變量，a為圓心距離；b為螺旋半徑。

所述的剖面，與飛秒激光直寫方向呈90°夾角。

所述的飛秒激光直寫，具體為脈沖能量2.7μJ，波長為513nm，直寫功率為135mw，直寫速度為5mm/s。

所述的加工，通過飛秒激光直寫12次在光子集成芯片的表面深度為表面以下170μm處掃描得到直波導陣列。

所述的光子集成芯片，采用但不限于硼硅酸鹽玻璃、熔融石英玻璃或其他材料的玻璃制成，優選為2cm×2cm的硼硅酸鹽玻璃，經酒精擦拭表面保證其表面無灰。

技術效果

本發明整體解決了現有技術中，軌道角動量波導沒有區分正負手性軌道角動量光束的能力，現有軌道角動量波導的本征模式均為正負手性軌道角動量的疊加態。本發明利用螺旋結構打破了光波導的圓對稱性，同時兼具傳輸軌道角動量光束的能力，從而實現了對特定手性軌道角動量的支持，不僅可以選擇性濾掉除特定階數外的高階模式也具有濾掉除特定手性外的其他模式。

附圖說明

圖1為本發明制備得到的具有單臂螺線型截面的直波導；

圖中：r＝2+0.28*θ；

圖2為實施例制備得到的片上軌道角動量濾波器的截面圖；

圖中使用16倍目鏡和40倍物鏡觀察，波導半徑在2.2μm-3.7μm；

圖3為實施例制備得到的單臂螺線型截面的直波導陣列縱截面示意圖；

圖4為實施例流程圖；

圖5為實施例測試環境示意圖；

圖6為輸出光斑示意圖及對應的純度譜；

圖中：輸出的光斑為-1階，且其余階數皆無法傳輸(傳輸效率均小于5％)。

具體實施方式

如圖4所示，為本實施例涉及一種光子集成芯片上的軌道角動量濾波器實現方法，具體步驟包括：