一种三角芯涡旋场光纤及其制备方法技术

本发明专利技术属于光纤技术领域，具体涉及的是一种可用于涡旋光束的生成及传输、光通信、光传感、光操纵等场合的三角芯涡旋场光纤及其制备方法。一种三角芯涡旋场光纤，光纤包含三角纤芯1和包层2，三角纤芯1位于包层2中央，该光纤通过沿光纤中轴加热旋转，三角纤芯在光纤纵向形成周期性三螺旋结构；当高斯光场3输入到该光纤后，在三角纤芯中激发出多个低阶和高阶纤芯模式，形成多模式传输光场4。与在先技术相比，本发明专利技术增加了一种周期性螺旋手性结构三角芯光纤及其制备方法，拓展了拓扑荷数为3或者其整数倍的涡旋光束的生成方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤
，具体涉及的是一种可用于涡旋光束的生成及传输、光通信、光传感、光操纵等场合的三角芯涡旋场光纤及其制备方法。
技术介绍
众所周知，电磁波传输的不仅是能量还有动量，这是所有物体平移运动的一种特有性质，当电磁波的动量被其它物体吸收或散射时，就会形成“辐射压力”，从而对物体形成机械压力。同样，光波也存在着角动量，这是所有转动运动的一种特性。光波角动量在光轴上可以分解为自旋角动量和轨道角动量。其中特别的是，具有光轨道角动量的光波波前呈螺旋状，因此把此时的相位状态称为“相位涡旋”。实际上，光涡旋早在一个世纪前就被发现。在1909年，Poynting首次提出光子的自旋，说明单个光子是圆偏振的。Allen及其同事在1992年报道了螺旋相位光束包含一个角相位项exp(ilφ)，这表明每个光子含有(l为拓扑荷数，为方位角，为普朗克常量)的轨道角动量。当拓扑荷数为零(l＝0)时，光波没有轨道角动量，波前为平面。然而，当l＝+1(或l＝-1)时，光波中的每个光子含有能量的左旋(或右旋)轨道角动量，光波的波前呈现左旋(或右旋)单螺旋结构。同样，当l＝+2(或l＝-2)时，光波中的每个光子含有能量的左旋(或右旋)轨道角动量，光波的波前则为左旋(或右旋)双螺旋结构。由于其独特的性质(具有一个额外的角向自由度)，相位涡旋光波在光通信、微粒操纵、纳米尺度显微观测等方面具有突出的应用潜力。生成涡旋光束的最常见方法是使用空间光调制器(OpticsExpress,2008,16(21):16984-16992)，然而空间光调制器一般体积庞大，价格昂贵，并且需要在自由空间中实现光耦合，这样就带来许多不便。另外的一种涡旋光束生成方法则是利用手性光纤实现。第一类材料(主要为折射率)手性涡旋光纤。美国专利(US20080101754)和欧洲专利(EP1705503B1)公开了一种纤芯折射率仅随方位角变化的梯度折射率光纤，这种光纤可看成是纵向伸长的空间相位板，利用该光纤即可生成涡旋光束。虽然该涡旋光束生成器结构极为简单，但是制备这种光纤却非常困难。而中国专利(201310030066.0、201310030067.5和201310029915.0)则公开了多种纤芯折射率呈手性分布的特种光纤用于生成相位涡旋光束，这种光纤制备则比较容易。第二类为空间结构手性涡旋光纤。美国专利(US6839486)公开了一种对偏芯、椭圆芯、矩形芯等扭转而成的手性结构光纤，该光纤不但可以实现光栅功能，同样可以生产涡旋光束，但这些光纤仅为单螺旋、双螺旋和四螺旋结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于生成拓扑荷数为3或者其整数倍的涡旋光束的三角芯涡旋场光纤。本专利技术的目的还在于提供一种三角芯涡旋场光纤制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种三角芯涡旋场光纤，光纤包含三角纤芯1和包层2，三角纤芯1位于包层2中央，该光纤通过沿光纤中轴加热旋转，三角纤芯在光纤纵向形成周期性三螺旋结构；当高斯光场3输入到该光纤后，在三角纤芯中激发出多个低阶和高阶纤芯模式，形成多模式传输光场4，通过纤芯的周期性三螺旋结构，光波传输到长度L后，使得两个兼并高阶模式产生π/2的相位差时，三角纤芯中产生涡旋相位，生成相位涡旋光传输模式；在该长度下截断光纤，直接在纤芯1的光纤出射端得到相位涡旋光束5。所述的三角芯周期性三螺旋结构为恒定周期性三螺旋结构和变周期性三螺旋结构中的一种。所述的光纤的中心到三角纤芯三个顶点的距离相同，该距离记作a。所述的三角纤芯具有三个圆弧形边，并且三边具有相同的弧度和弯曲半径，弯曲半径R满足如下关系：R>a。所述的三角芯涡旋场光纤是任意正多边形芯涡旋场光纤。一种三角芯涡旋场光纤的制备方法，包括如下步骤：1在普通光纤预制棒靠近纤芯处对称地加工三个偏心孔，形成了带有三个孔的光纤预制棒；2将制备好的光纤预制棒装卡在拉丝机上进行熔融旋转拉丝；3在拉丝过程中，随着温度的升高，熔融的光纤预制棒中偏心空气孔会逐渐塌陷，同时，圆形纤芯也会在应力作用下其局部向三个孔方向流变，而逐渐形成三角纤芯；4在不断的加热并旋转得过程中进行拉丝，最终形成纤芯呈周期性螺旋状的三角芯涡旋场光纤。本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了一种三角芯涡旋场光纤及其制备方法。可用于涡旋光束生成及传输、光通信、光传感、光操纵等领域。它采用加热旋转普通三角芯光纤的方法得到，因此该光纤纤芯呈现周期性三螺旋手性结构，从而可以把输入高斯光场转化为拓扑荷数为3或者其整数倍的涡旋光束。与在先技术相比，本专利技术增加了一种周期性螺旋手性结构三角芯光纤及其制备方法，拓展了拓扑荷数为3或者其整数倍的涡旋光束的生成方法。附图说明图1是三角芯光纤横截面示意图。图2是三角芯涡旋场光纤的工作原理示意图。图3是在右旋三角芯涡旋场光纤中的模式耦合曲线。图4是三角芯涡旋场光纤的制备示意图。图5是正五边形纤芯和正六边形纤芯涡旋场光纤横截面示意图。图6是带有光源尾纤的三角芯涡旋场光纤示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：本专利技术提供的是一种三角芯涡旋场光纤及其制备方法。该光纤包含三角纤芯1和包层2，三角纤芯1位于包层2中央，该纤芯在光纤纵向呈现周期性三螺旋结构。这种周期性三螺旋结构是通过对通常的光纤预制棒在靠近纤芯处对称地加工有三个微孔，然后将该光纤预制棒装卡在光纤拉丝机上，通过熔融旋转拉丝而成。当高斯光场3输入到三角芯涡旋场光纤后，在三角纤芯1中会激发出多个低阶和高阶纤芯模式，从而形成多模式传输光场4，由于周期性三螺旋结构，当传输光场5传输到一定长度时，使得两个兼并的高阶模式恰好产生π/2的相位差时，纤芯1中就会产生涡旋相位，生成相位涡旋光传输模式。如果此时在此长度下截断光纤，就可以直接在光纤端的纤芯1的出射端得到相位涡旋光束5。本专利技术可用于涡旋光束生成及传输、光通信、光传感、光操纵等领域。该光纤包含三角纤芯1和包层2，三角纤芯1位于包层2中央，该光纤通过沿光纤中轴加热旋转，三角纤芯1在光纤纵向形成周期性三螺旋结构。当高斯光场3输入到该光纤后，在三角纤芯1中会激发出多个低阶和高阶纤芯模式，从而形成多模式传输光场4，通过纤芯的周期性三螺旋结构，当光波传输到一定长度时，使得两个兼并高阶模式恰好产生π/2的相位差时，三角纤芯1中就会产生涡旋相位，生成相位涡旋光传输模式。如果此时在该长度下截断光纤，就可以直接在光纤端的纤芯1的出射端得到相位涡旋光束5。三角芯周期性螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三角芯涡旋场光纤，其特征在于：光纤包含三角纤芯(1)和包层(2)，三角纤芯(1)位于包层(2)中央，该光纤通过沿光纤中轴加热旋转，三角纤芯在光纤纵向形成周期性三螺旋结构；当高斯光场(3)输入到该光纤后，在三角纤芯中激发出多个低阶和高阶纤芯模式，形成多模式传输光场(4)，通过纤芯的周期性三螺旋结构，光波传输到长度L后，使得两个兼并高阶模式产生π/2的相位差时，三角纤芯中产生涡旋相位，生成相位涡旋光传输模式；在该长度下截断光纤，直接在纤芯1的光纤出射端得到相位涡旋光束(5)。

【技术特征摘要】
1.一种三角芯涡旋场光纤，其特征在于：光纤包含三角纤芯(1)和包层(2)，三角纤
芯(1)位于包层(2)中央，该光纤通过沿光纤中轴加热旋转，三角纤芯在光纤纵向形成周
期性三螺旋结构；当高斯光场(3)输入到该光纤后，在三角纤芯中激发出多个低阶和高阶纤
芯模式，形成多模式传输光场(4)，通过纤芯的周期性三螺旋结构，光波传输到长度L后，
使得两个兼并高阶模式产生π/2的相位差时，三角纤芯中产生涡旋相位，生成相位涡旋光传
输模式；在该长度下截断光纤，直接在纤芯1的光纤出射端得到相位涡旋光束(5)。
2.根据权利要求1所述的一种三角芯涡旋场光纤，其特征在于：所述的三角芯周期性三
螺旋结构为恒定周期性三螺旋结构和变周期性三螺旋结构中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种三角芯涡旋场光纤，其特征在于：所述的光纤的中心到三
角纤芯三个顶点的距离相同，该距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，邓洪昌，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23