[發明專利]基于螺旋拉錐光纖束的OAM光子燈籠及制作和應用

有效

• 申請號: 202110518363.4
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113281845B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 楊志群;楊林博;張林;黃戰華;侯利潔
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293;G02B6/255
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種基于螺旋拉錐光纖束的OAM光子燈籠，其特征在于，包括錐形玻璃套筒（1）和位于錐形玻璃套筒（1）大頭端一側的輸入端（2）及位于所述錐形玻璃套筒（1）小頭端的一側的輸出端（3），所述錐形玻璃套筒（1）內穿過一根無芯摻氟低折射率光纖（4），所述輸入端（2）包括不同直徑的N根圍繞著所述無芯摻氟低折射率光纖（4）并按照環形布局的少模光纖（5）；自所述輸入端（2）由N根少模光纖（5）圍繞著所述的無芯摻氟低折射率光纖（4）并以固定螺距及同一旋轉方向旋轉至所述輸出端（3），該輸出端包括呈熔合狀態的少模光纖包層及泄漏至所述少模光纖包層外側的少模光纖纖芯和呈熔合狀態的無芯摻氟低折射率光纖，從而在所述錐形玻璃套筒（1）內形成螺旋拉錐光纖束；所述輸出端（3）熔接有與所述輸出端（3）的折射率分布相匹配的環芯光纖（6）。

2.根據權利要求1所述的OAM光子燈籠，其特征在于，1＜N≤10，所述環芯光纖（6）為少模光纖。

3.根據權利要求1所述的OAM光子燈籠，其特征在于，N＞10，所述環芯光纖（6）為多模光纖。

4.根據權利要求1所述的OAM光子燈籠，其特征在于，所述螺距為H，0cm＜H≤20cm；旋轉方向為從光纖拉錐方向看呈順時針或逆時針方向。

5.根據權利要求1所述的OAM光子燈籠，其特征在于，所述無芯摻氟低折射率光纖（4）的纖芯直徑為D，10μm＜D＜100μm，相對于錐形玻璃套管（1）的折射率差為-9×10³，所述輸出端（3）產生的光斑中心形成零強度分布。

6.一種如權利要求1至5任一所述的OAM光子燈籠的制作方法，其特征在于，

將不同直徑的N根少模光纖（5）以固定的螺距和同一旋轉方向環形排布圍繞著無芯摻氟低折射率光纖（4）插入一個玻璃套管（1）內，其中，所述螺距為H，0cm＜H≤20cm；旋轉方向為從光纖拉錐方向看呈順時針或逆時針方向；

對插入有上述的光纖束的玻璃套管進行拉錐，形成呈錐形的選模環芯光子燈籠；

所形成的選模環芯光子燈籠的輸出端（3）是呈熔合狀態的錐形玻璃套管（1）的小口端，該輸出端包括呈熔合狀態的少模光纖包層及泄漏至所述少模光纖包層外側的少模光纖纖芯和呈熔合狀態的無芯摻氟低折射率光纖；

將與所述輸出端（3）的折射率分布匹配的環芯光纖（6）的一端與所述的輸出端熔接。

7.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于，如果1＜N≤10，則所述環芯光纖（6）為少模光纖；如果N＞10，則所述環芯光纖（6）為多模光纖。

8.一種基于螺旋拉錐光纖束的OAM光子燈籠的應用，其特征在于，以權利要求1至5任一所述的OAM光子燈籠作為選模光子燈籠，實現OAM模式復用方法，包括接收由選模光子燈籠輸入端中對應一對相同傳播常數的本征模式對的兩個少模光纖端輸入的光信號，激發兩個少模光纖的基模，通過錐形過渡實現模態演化，演變成了與所述選模光子燈籠的輸出端的少模光纖中對應的某一對本征模式對，輸入端激發的一對相同傳播常數的基模信號在經過螺旋拉錐光纖束輸出后形成的輸出端少模光纖相應的某一本征模式對，兩個本征模式之間相差π/2的相位，在所述選模光子燈籠的輸出端輸出相同傳播常數的本征模式對對應的OAM模，所有相同傳播常數的本征模式對之間均相差為π/2的相位時，得到相應的多個固定圓偏振方向且分別正交的OAM模式；將所有正交的OAM模式同時輸出，產生并且復用固定圓偏旋方向的多個OAM模式。

9.根據權利要求8所述的OAM光子燈籠的應用，其特征在于，實現OAM模式復用方法中，所有正交的OAM模式同時輸出，產生并且復用固定圓偏旋方向的多個OAM_±n模式：其中，OAM-n為左旋的多個OAM模式，OAM+n為右旋的多個OAM模式，n≥1。