[發明專利]一種基于有機分子二向色球晶產生渦旋光的方法

在審

• 申請號: 202110576995.6
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN115407528A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 孫競博;劉元鋒;周濟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;G02F1/01
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 吳愛琴

本發明提供一種基于有機分子二向色球晶產生渦旋光的方法。本發明解決了無法通過自然材料直接獲取渦旋光的問題，并基于該技術成功賦予渦旋光場特定偏振特性。將具有二向色特征的有機分子材料放置在兩玻璃材質的透明片材中間，形成“三明治”結構；采用適當的加熱/冷卻處理，二向色有機分子材料發生熔融/結晶，并在結晶后的材料中獲得球晶結構。將一定波長的單色光或多色光作為入射光，通過特定光學元件后使其轉變為圓偏光。將該具有圓偏振特性的入射光入射至球晶結構，入射光斑中心與二向色球晶中心重合，所獲得的出射光為渦旋光。本發明所提出的產生渦旋光的方法，具有如下優勢：材料來源豐富、普遍適用性強、寬帶可用、方便高效、成本低廉等。

技術領域

本發明涉及一種螺旋相位光場的產生技術，尤其是關于基于有機分子二向色球晶產生具有特定偏振狀態矢量渦旋光的技術，更具體涉及一種基于有機分子二向色球晶產生渦旋光的方法。

背景技術

渦旋光屬于結構光場領域，其等相位面為螺旋形。渦旋光的相位因子包含一個方位角項eⁱⁿφ，其中φ為方位角大小，n表示拓撲荷數，即沿波矢方向的垂直截面內相位變化2πn。由于光束中心相位不確定，所以渦旋光的中心強度為零。渦旋光中螺旋的相位分布引入軌道角動量。利用渦旋光的軌道角動量，可以制備光鑷；利用軌道角動量復用，可以大幅提升光通信的傳輸容量。此外，渦旋光在量子計算領域和超分辨成像領域也顯示出極大的應用價值。

目前，研究者已經探索了多種產生矢量渦旋光的方法。利用厚度具有螺旋變化的螺旋相位片，可以對高斯光進行相位整形，使透射光/反射光的相位改變與方位角成正比，從而獲得螺旋形波前。不過，該方法對加工精度的要求很高。利用計算全息技術，獲得目標渦旋光與參考平面波的傾斜干涉圖案，并將該干涉圖案記錄下來形成“叉形光柵”結構。將高斯光照射到該“叉形光柵”后，便能夠獲得一系列螺旋方向相反的渦旋光，且不同衍射級的拓撲荷數不同。此外，空間光調制器可以利用液晶的電光效應對入射光的波前進行調控，來獲得所需的渦旋光。但是空間光調制器的像素點較大，導致光束的轉換效率低，且價格昂貴。除了上述方法，通過設計超表面也可以對波前相位進行調控，獲得不同拓撲荷的渦旋光。此外，還可以通過環形諧振腔，直接產生渦旋光。盡管上述方法能夠用于渦旋光的產生，但是這些方法多涉及到復雜的微納加工工藝，且難以兼顧帶寬、成本、可靠性與效率等。

發明內容

本發明的目的是提供一種渦旋光場的產生方法，該方法具有廣泛適用性、成本低廉、工藝簡單、可靠性高、寬帶可用等優點。

本發明所提供的渦旋光場的產生方法，為：基于自然有機分子球晶結構產生渦旋光場。

具體地，本發明的渦旋光場的產生方法，包括如下步驟：

1)選用二向色有機分子純材料或含有二向色有機分子的混合材料或由多種有機分子單體組成的二向色材料為原材料；

2)將上述原材料放置在玻璃片(載玻片)上，升溫處理，待溫度達到一設置值后，有機分子熔融；

3)將另一玻璃片(蓋玻片)覆蓋至熔融的樣品表面，形成“三明治”結構；

4)將上述“三明治”結構進行降溫處理，有機分子在降溫過程中發生結晶，從而在結晶后的有機分子薄膜中引入球晶結構，得到含有二向色球晶結構的有機薄膜；

5)用一定波長的單色或多色圓偏光照射上述二向色球晶，且保證光斑中心與球晶中心重合，得到的透射光即為含有軌道角動量的渦旋光。

上述方法步驟1)中，所述原材料顯示出強的二向色性，即該原材料結晶后對某一對正交偏振光顯示強各向異性吸收，某一偏振方向為強吸收，而另一偏振方向為相對較弱吸收；

所述二向色有機分子包括但不限于：偶氮型二向色分子、蒽醌類、萘酰亞胺類二向色分子。