[發明專利]基于聚合物光纖產生渦旋光的方法

在審

• 申請號: 202211529613.5
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115840297A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 胡志家;杜文彧
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B6/02;B29D11/00;D01F8/10
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 曹慧萍

本發明屬于光纖技術領域，尤其涉及基于聚合物光纖產生渦旋光的方法。本發明制備所需螺距和歸一化頻率的聚合物螺旋光纖，再將高斯光束匯聚注入聚合物螺旋光纖的一端，經過聚合物螺旋光纖螺旋形的折射率調制與模式耦合后，產生渦旋光出射。用CCD看透射光斑形貌，可觀察到“甜甜圈”圖樣的渦旋光。本發明保證渦旋光在螺旋光纖中可靠、穩定的產生和傳輸。本發明的將聚合物光纖的優勢和渦旋光的廣泛應用相結合，提出一種產生渦旋光的方法，從而有助于進一步探索產生渦旋光的豐富工藝，大大降低成本。

技術領域

本發明屬于光纖技術領域，尤其涉及基于聚合物光纖產生渦旋光的方法。

背景技術

近年來，聚合物光纖的應用越來越廣泛，與石英光纖相比，聚合物光纖的主要優勢在于楊氏模量低、應力范圍大、溫度靈敏度高、濕度靈敏度高、生物兼容性好、硬度低等。聚合物光纖材料有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、低吸水性的環狀烯烴共聚物(TOPAs)、高玻璃化溫度的循環烯烴聚合物(ZEONEX)、極佳的清晰度和抗沖擊強度的工程塑料(聚碳酸酯)、可生物降解且生物相容的聚乙烯(PDLA)、和低損耗循環透明非晶體含氟聚合物(CYTOP)。目前市場上有不同纖芯直徑和結構的聚合物光纖(POF)，如小直徑的階躍型聚合物光纖、小直徑的微結構的聚合物光纖、商用梯度型聚合物光纖和商用大直徑聚甲基丙烯酸甲酯聚合物光纖(PMMA POF)等。

渦旋光是具有螺旋相位因子的，有螺旋形波前結構的，光軸中心能量動量都為0的光束。渦旋光攜帶有自旋角動量和軌道角動量，即光子不僅自傳還繞一個中心周旋轉。用作光鑷就不僅能使微粒或者細胞平動，也可以使其旋轉，被稱作光學扳手。單螺旋的聚合物光纖可以分為左旋或者右旋，可以把螺距看成是光柵的周期。當一束高斯光束經過螺旋光纖的時候，由于螺旋形的折射率調制與模式耦合，會產生渦旋光。

由于渦旋光攜帶軌道角動量的特性，目前己被廣泛應用于若干領域：在光學微操縱領域，渦旋光束與微納級粒子發生軌道角動量的轉換可實現對粒子的操控。例如實現對微納米級粒子的光學引導、囚禁、捕獲、光攝或光學扳手等方面。現在光鑷技術在生物醫學方面也得到了廣泛的應用，例如對活體細胞、蛋白質分子、或染色體的操縱提取等。在信息存儲與通信領域也具有應用潛力。渦旋光通過偏振光學器件時涉及光子軌道角動量的傳遞與轉換，它反映了量子糾纏現象。因此，渦旋光可用于量子信息編碼與量子信息處理等方面。在通信領域，渦旋電磁波有可能極大地拓寬移動電話、數字電視以及互聯網通信的可用帶寬。此外在光學圖像處理方面，渦旋光可提取出圖像的高頻信息，此特點可用于光學顯微術。

如何將聚合物光纖的優勢和渦旋光的廣泛應用相結合，突破現有聚合物光纖的適應應用局限。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供了基于聚合物光纖產生渦旋光的方法，目的是為了解決如何將聚合物光纖的優勢和渦旋光的廣泛應用相結合，突破現有聚合物光纖的適應應用局限的技術問題。

本發明提供的基于聚合物光纖產生渦旋光的方法，具體技術方案如下：

基于聚合物光纖產生渦旋光的方法包括如下步驟：

S1，制備聚合物螺旋光纖；

S2，利用高斯光束匯聚后注入與步驟S1中的聚合物螺旋光纖的一端，螺旋形的折射率調制與模式耦合，從聚合物螺旋光纖的另一端產生渦旋光；

S3，通過調節步驟S1中的聚合物螺旋光纖的螺距和歸一化頻率對渦旋光的拓撲荷數進行調控。

在某些實施方式中，所述聚合物螺旋光纖的制備步驟如下：將包層材料加入模具升溫進行包層聚合，再將纖芯材料加入模具升溫進行纖芯聚合，制成聚合物光纖預制棒，將聚合物光纖預制棒進行旋轉拉伸，獲得聚合物螺旋光纖。