一种多轨道角动量光束产生器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多轨道角动量光束产生器及其制备方法，属于功能型微光学元件及制备领域，包括多轨道角动量光束产生器的相位分布信息、加工数据转换、前期准备、多轨道角动量光束产生器的制备、显影与干燥；通过分区域划分、相位独立控制的方法，将整个器件按照等半径划分原则分成多个独立的区域，每个区域内通过聚焦元件球面或者非球面透镜产生聚焦相位，通过螺旋相位板产生螺旋相位。通过结合两者，得到组合的多轨道角动量光束产生器，最终在光轴的不同位置产生多个轨道角动量模式。本发明专利技术的多轨道角动量光束产生器具有产生多个空间分布的轨道角动量模式的优势、结构简单、易于制备、可编程设计、适用性广、容易与各种现有光学系统集成的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种多轨道角动量光束产生器及其制备方法
本专利技术属于功能型微光学元件及制备
，具体涉及一种简单、通用的多轨道角动量光束产生器及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着现代社会信息技术的飞速发展，人们对信息需求量的不断增大，传统的信息通信及存储容量已经达到瓶颈。与电子的有限维度不同，光子具有多个维度，在传统的光信息编码过程中，主要是在时间、波长、相位和偏振等四个维度上对信息进行编码调制。而光子的轨道角动量理论上可以取得无穷多个本征值，可以极大的扩展光通信以及信息存储的容量，因此将光子轨道角动量作为一个新的信息编码的自由度，是未来发展的必然趋势。光子轨道角动量在光通信、信息储存等领域具有巨大的应用潜力。通常，我们把携带光子轨道角动量的涡旋光束称为轨道角动量光束。在各种轨道角动量光束的应用中，像在光通信，光传感，光测量以及光操控，有时会需要多个轨道角动量模式。而一些产生轨道角动量光束的常规器件，比如模式转换器，螺旋相位板，螺旋波带片，计算全息图等，一个元件通常只能产生一个轨道角动量模式。所需轨道角动量模式越多，需要使用的光学元件就越多，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多轨道角动量光束产生器，其特征在于，所述多轨道角动量光束产生器为一个圆形、表面为螺旋状变化的光学器件，整个器件由N个环形区域组成；N为大于1的整数；/n其中，第1个环形区域的相位分布信息是通过叠加多焦点聚焦透镜第1个环形区域和多区域螺旋相位板第1个环形区域得到，位于器件的中心，用于产生第1种轨道角动量光束；/n第2个环形区域的相位分布信息是通过叠加多焦点聚焦透镜第2个环形区域和多区域螺旋相位板第2个环形区域得到，位于器件由中心到边缘的第2个区域，用于产生第2种轨道角动量光束；/n第N-1个环形区域的相位分布信息是通过叠加多焦点聚焦透镜第N-1个环形区域和多区域螺旋相位板第N-1个环形区...

【技术特征摘要】
1.一种多轨道角动量光束产生器，其特征在于，所述多轨道角动量光束产生器为一个圆形、表面为螺旋状变化的光学器件，整个器件由N个环形区域组成；N为大于1的整数；
其中，第1个环形区域的相位分布信息是通过叠加多焦点聚焦透镜第1个环形区域和多区域螺旋相位板第1个环形区域得到，位于器件的中心，用于产生第1种轨道角动量光束；
第2个环形区域的相位分布信息是通过叠加多焦点聚焦透镜第2个环形区域和多区域螺旋相位板第2个环形区域得到，位于器件由中心到边缘的第2个区域，用于产生第2种轨道角动量光束；
第N-1个环形区域的相位分布信息是通过叠加多焦点聚焦透镜第N-1个环形区域和多区域螺旋相位板第N-1个环形区域得到，位于器件由中心到边缘的第N-1个区域，用于产生第N-1种轨道角动量光束；
第N个环形区域的相位分布信息是通过叠加多焦点聚焦透镜第N个环形区域和多区域螺旋相位板第N个环形区域得到，位于器件由中心到边缘的第N个区域，用于产生第N种轨道角动量光束。


2.如权利要求1所述的一种多轨道角动量光束产生器，其特征在于，所述的多焦点聚焦透镜的面型可以选择球面或非球面透镜，透镜多个区域的聚焦范围均为20-2000μm。


3.如权利要求1所述的一种多轨道角动量光束产生器，其特征在于，多区域螺旋相位板每个区域的拓扑荷数目范围均为1-20，旋转方向为顺时针旋转或逆时针旋转；多轨道角动量光束产生器划分环形区域的数目N为2-20个，每个环形分区的宽度相等，均为10-100μm。


4.如权利要求1所述的一种多轨道角动量光束产生器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)、多轨道角动量光束产生器的相位分布信息：
首先，按照等半径划分的原则将多焦点聚焦透镜从中心到边缘分成多个半径相等的环形区域，每个区域对应的聚焦范围不同，从而得到多焦点聚焦透镜；然后，按照等半径划分的原则将螺旋相位板分成多个区域，每个区域的拓扑荷数目和旋转方向不同，得到多区域螺旋相位板；最后，将多焦点透镜和多区域相位板分区域对应叠加，从而得到多轨道角动量光束产生器的相位分布信息；
(2)、加工数据转换：
由于器件表面轮廓的高度是变化的，因此通过器件不同位置的入射光束之间会产生光程差进而产生相位差，得到器件的相位分布信息后，根据如下的光程差与相位差的关系式式(1)计算得到器件的表面轮廓的高度信息，然后再通过MATLAB、C++或VisualBasic等编程语言，编写转换程序将器件的表面轮廓的高度信息转换成加工系统可识别加工的三维点云数据，以(x,y,z)的数据格式导出到预先命名好的Txt文本中，以便于后期加工使用；



其中，Δφ为通过器件的光与未通过器件的光之间的相位差，即为步骤一中得到的多轨道角动量光束产生器的相位分布信息，Δn为加工材料与环境的折射率差，h为器件表面轮廓的高度，λ为器件的工作波长；
(3)、飞秒激光增材制造样品的前期准备：
首先，将显微镜盖玻片放入超声机中，超声清洗10-30min，去除玻璃片表面的大尺寸玻璃碎屑和灰尘颗粒；然后，在使用丙酮和无水乙醇浸泡的棉球依次擦拭后，使用去离子水反复冲洗玻璃片表面，去除玻璃片表面残留的无水乙醇后，放在真空干燥箱中干燥；然后，在清洗干净的盖玻片表面滴上有机无机杂化光刻胶；最后，将样品片放在加热台上前烘，前烘后在室温环境下冷却；
(4)、多轨道角动量光束产生器的制备：
首先，搭建振镜基飞秒激光直写加工系统，由光纤飞秒激光振荡器FL产生的飞秒脉冲激光依次通过衰减片A和光闸S，经过反射镜M1反射后通过由透镜L1和透镜L2组成的扩束系统，光束尺寸扩大后的激光束通过扫描振镜控制光束偏转角度，然后由透镜L3和透镜L4组成的4F光学系统将激光束的角度偏转投影到物镜入瞳处，由高数值孔径物镜OL将入射光紧聚焦到加工样品内部，配合位移台的移动，从而实现三维扫描；同时，由照明光源、滤光片F、以及成像CCD组成实时监控系统，实时观察样品加工过程中的状态；
正式加工前，将激光聚焦到光刻胶与衬底交界面的位置，以该位置作为加工的起始界面；然后，将软件转换得到的多轨道角动量光束产生器的点云文...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪波，胡志勇，陈岐岱，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22