偏振无关型轨道角动量调制器及其制备方法技术

本申请提供一种偏振无关型轨道角动量调制器及其制备方法。所述偏振无关型轨道角动量调制器包括光纤主体。所述光纤主体具有螺旋光纤结构，所述螺旋光纤结构具有长周期光纤光栅效应。所述光纤主体轴向具有周期性的螺旋折射率调制，所述螺旋折射率调制周期位于百微米量级，所述螺旋折射率调制分布于所述光纤主体的轴向、径向和角向，用于激发螺旋相位，产生轨道角动量光束。上述偏振无关型轨道角动量调制器，可以在一定带宽内激发螺旋相位，不会形成对偏振敏感的特定方向，具有偏振无关性。全光纤结构在通信中有利于集成，具有良好的兼容性，无需其他器件辅助，具有结构简单、容易制备等优势。

【技术实现步骤摘要】
偏振无关型轨道角动量调制器及其制备方法
本申请涉及轨道角动量应用
，特别是涉及一种偏振无关型轨道角动量调制器及其制备方法。
技术介绍
携带有轨道角动量(orbitalangularmomentum，OAM)的涡旋光与传统的平面波、球面波及其他偏振光在波前结构方面存在着很大的差别，涡旋光围绕光束中心呈现出特有的螺旋型波前结构，其相位因子中存在用数学公式可表示为exp(ilθ)的一项，其中θ为旋转相位角，l为光学涡旋的拓扑荷数。相关技术中，螺旋相位片(Spiralphaseplates，SPP)可以在不改变模式的前提下提高转换效率。螺旋相位片是一块厚度不均匀的光学调制器件，其中一面为平面，另外一面是厚度随方位角变化的螺旋曲面介质圆盘。其螺旋相位片平板厚度随方位角按h＝lλθ/2πr(n-1)关系变化，其中n为材料折射率，l为产生的轨道角动量光束拓扑荷值，θ为方位角。当一束高斯光经过该透射型介质平板时，不同半径处所经过的厚度与折射角均不相同，得到不同的光程差，进而引起不同的相位差。对于特定波长，若旋转一周形成2lπ的相位差即可产生的拓扑荷数为l。该方法可以直观的产生螺旋相位，不需要其他辅助设备。但是，使用一个螺旋相位片不能同时产生多个不同阶数的轨道角动量光束，且只能在特定工作波长处产生轨道角动量光束。此外，螺旋相位片沿角向的螺距要求严格，需要非常精密的制备技术。可以利用空间调制器产生的计算全息图实现衍射光学元件(DiffractiveOpticalElements，DOEs)的功能。通过电脑程序控制可以在空间光调制器的液晶屏上加载不同的电压，改变晶体的形态，从而在液晶屏上加载不同的全息图。利用不同全息图即可灵活的控制产生的轨道角动量光束的拓扑荷数。但是，空间光调制器存在价格昂贵、具有偏振相关性、耦合效率低以及只能产生低功率轨道角动量光束等缺点。长周期光纤光栅与压力板、旋转器或偏振控制器相结合可以激发出螺旋相位。长周期光纤光栅实现模式由基模到高阶模式的耦合，而其他附件可以在耦合的高阶模式间产生±π/2的相位差。虽然该方法具有耦合效率高、插损低、质量轻、成本低、抗电磁干扰以及与光纤通信系统完全兼容等优势。但是，长周期光纤光栅激发螺旋相位需要外加附件以实现相位调制，具有偏振相关性。综上所述，相关技术实现螺旋相位激发具有波长依赖性、偏振相关性、结构复杂以及制备困难等问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对激发螺旋相位的相关技术存在波长依赖性和偏振相关性、结构复杂以及制备困难的问题，提供一种偏振无关型轨道角动量调制器及其制备方法。一种偏振无关型轨道角动量调制器，包括：光纤主体，具有螺旋光纤结构，所述螺旋光纤结构具有长周期光纤光栅效应；所述光纤主体轴向具有周期性的螺旋折射率调制，所述螺旋折射率调制周期位于百微米量级，所述螺旋折射率调制分布于所述光纤主体的轴向、径向和角向，用于激发螺旋相位，产生轨道角动量光束。上述偏振无关型轨道角动量调制器，通过采用光纤主体作为基底，所述光纤主体具有周期性分布的螺旋光纤结构，可以在一定带宽内激发螺旋相位。所述光纤主体形成的螺旋光纤结构具有螺旋对称性，不会形成对偏振敏感的特定方向，具有偏振无关性。所述偏振无关型轨道角动量调制器为全光纤结构，通信中有利于集成，具有良好的兼容性，无需其他器件辅助，具有结构简单、容易制备等优势。进一步的，所述偏振无关型轨道角动量调制器耦合效率高，产生的OAM可以携带任意偏振态，且具有高纯度。在其中一个实施例中，所述光纤主体为双模光纤或四模光纤。在其中一个实施例中，所述光纤主体轴向具有周期和深度均匀的所述螺旋折射率调制，所述螺旋折射率调制量的范围为2ⅹ10-4至2ⅹ10-3。在其中一个实施例中，所述光纤主体包括光纤纤芯和包层。在其中一个实施例中，所述光纤主体任一截面的所述螺旋折射率调制具有非对称性，沿所述光纤主体径向，所述螺旋折射率调制随半径的增大而减小。在其中一个实施例中，所述光纤主体的长度范围为1厘米至6厘米。一种偏振无关型轨道角动量调制器制备方法，包括：加热光纤主体至融熔状态；扭曲融熔状态的所述光纤主体；冷却所述光纤主体。在其中一个实施例中，在所述加热光纤主体至融熔状态步骤中，采用CO2激光、电弧持续放电、高温炉或线圈任一种热源加热所述光纤主体至融熔状态。在其中一个实施例中，在所述扭曲融熔状态的所述光纤主体步骤中，沿瞬时针或逆时针方向扭曲融熔状态的所述光纤主体。在其中一个实施例中，在所述冷却所述光纤主体步骤中，将所述光纤主体移除加热区，将扭曲过程中产生的残余应力冻结在所述光纤主体中。采用上述偏振无关型轨道角动量调制器制备方法具有较高的稳定性，加工得到的手征光纤非常均匀，能够较好的接近理论的极限值，具有较高的耦合效率。附图说明图1为本申请实施例提供的一种偏振无关型轨道角动量调制器结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种偏振无关型轨道角动量调制器螺旋折射率调制面示意图；图3为本申请实施例提供的一种偏振无关型轨道角动量调制器制备方法流程图；图4为本申请实施例提供的另一种偏振无关型轨道角动量调制器制备方法流程图；图5为本申请实施例提供的一种轨道角动量光束发生器；图6为本申请实施例提供的一种偏振无关型轨道角动量调制器测试装置示意图；图7为本申请实施例提供的一种偏振无关型轨道角动量调制器测试光谱结果图；图8为本申请实施例提供的一种不同偏振状态偏振无关型轨道角动量调制器测试结果图。附图标号说明：100偏振无关型轨道角动量调制器110光纤主体400轨道角动量光束发生器410光源420偏振控制器430第一光纤跳线440第二光纤跳线450单模光纤460少模光纤具体实施方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参见图1，本申请提供一种偏振无关型轨道角动量调制器100。所述偏振无关型轨道角动量调制器100包括光纤主体110。所述光纤主体110具有螺旋光纤结构，所述螺旋光纤结构具有长周期光纤光栅效应。所述光纤主体110轴向具有周期性的螺旋折射率调制，请一并参见图2。所述螺旋折射率调制周期位于百微米量级，所述螺旋折射率调制分布于所述光纤主体110的轴向、径向和角向，用于激发螺旋相位，产生轨道角动量光束。所述光纤主体110沿光纤轴向具有周期性的螺旋折射率调制。沿光纤轴向上，光栅调制的周期在200μm-2000μm范围内。在该范围的周期上，光栅谐振峰产生在C+L波段，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振无关型轨道角动量调制器(100)，其特征在于，包括：光纤主体(110)，具有螺旋光纤结构，所述螺旋光纤结构具有长周期光纤光栅效应；所述光纤主体(110)轴向具有周期性的螺旋折射率调制，所述螺旋折射率调制周期位于百微米量级，所述螺旋折射率调制分布于所述光纤主体(110)的轴向、径向和角向，用于激发螺旋相位，产生轨道角动量光束。

【技术特征摘要】
1.一种偏振无关型轨道角动量调制器(100)，其特征在于，包括：光纤主体(110)，具有螺旋光纤结构，所述螺旋光纤结构具有长周期光纤光栅效应；所述光纤主体(110)轴向具有周期性的螺旋折射率调制，所述螺旋折射率调制周期位于百微米量级，所述螺旋折射率调制分布于所述光纤主体(110)的轴向、径向和角向，用于激发螺旋相位，产生轨道角动量光束。2.根据权利要求1所述的偏振无关型轨道角动量调制器(100)，其特征在于，所述光纤主体(110)为双模光纤或四模光纤。3.根据权利要求1所述的偏振无关型轨道角动量调制器(100)，其特征在于，所述光纤主体(110)轴向具有周期和深度均匀的所述螺旋折射率调制，所述螺旋折射率调制量的范围为2ⅹ10-4至2ⅹ10-3。4.根据权利要求1所述的偏振无关型轨道角动量调制器(100)，其特征在于，所述光纤主体(110)包括光纤纤芯和包层。5.根据权利要求1所述的偏振无关型轨道角动量调制器(100)，其特征在于，所述光纤主体(110)任一截面的所述螺旋折射率调制具有非对称性，沿所述光纤主体(110)径向，所述螺旋折射率调制随半径的增...

【专利技术属性】
技术研发人员：白志勇，张岩，王义平，付彩玲，刘申，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44