[发明专利]基于螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种基于螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤及其制备方法。

(二)背景技术

涡旋光束的一个显著特征是具有轨道角动量(Physical Review A，1992，45(11)：8185-8189)，因此近年来被广泛研究，并在通信、光镊、原子操纵和显微技术中得到了极大应用。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。

而基于光纤的涡旋光生成器则在远程交互和紧密型涡旋光器件的实现上更具优势。研究者们使用声学长周期光栅(Physical Review Letters，2006，96(4)：43604)或者利用在多模光纤中的诱导压力(Applied Optics，1998，37(3)：469-472)实现了涡旋光传输模式。然而在光纤中模式耦合会破坏轨道角动量模式，从而导致多路干涉。在绝大多数多模光纤中，TE/TM模式和需要的HE₂₁模式是共存的，这样它们经过模式耦合会在输出端生成线性偏振模式(LP模式)，LP模式并不是光纤真正的本征模式，它也不能携带轨道角动量。因此，文献(Optics Letters，2012，37(13)：2451-2453)报道了利用微弯光栅来消弱高阶LP₁₁模式的生成，进而把输入模式转化为所需要的HE₂₁模式，最终生成高纯度的涡旋光束。

美国专利(US20080101754)和欧洲专利(EP1705503B1)提出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，因此本发明提出了一种新型螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤，这种涡旋光纤制备比较容易，可产生类涡旋光束。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可生成涡旋光传输模式的基于螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

涡旋光束的一个显著特征是具有轨道角动量，为了得到轨道角动量，光纤必须携带更高阶模式，例如，相移为±π/2的两个HE₂₁模式的线性组合即可实现轨道角动量模式。由于本发明的螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤单螺旋空气孔，这种不对称的光纤结构就可产生不对称的应力双折射，并且由于空气孔呈螺旋状，因此在光纤纤芯纵向，这种不对称应力双折射呈现螺旋分布，因而当光波输入到该光纤后，会形成径向相位差，从而使传导光波获得轨道角动量，形成涡旋光传输模式，产生一种类涡旋光束。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤的制备简单，可直接由打孔之后的光纤预制棒旋转拉制而成。

2、螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤的单螺旋空气孔分布函数在制备过程中是可控的，最终可实现对生成类涡旋光束特征的控制。

3、螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤的空间柔韧性极好，因此可以选择在任意合适的位置和方向上输出类涡旋光束，便于在微粒操控和传感上的应用。

(四)附图说明

图1是螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤(偏孔位于纤芯一侧)示意图；

图2是图1所示光纤的横截面示意图；

图3是图1所示光纤的应力双折射(a)三维和(b)二维示意图；

图4是图1所示光纤的光强传输示意图；

图5是图1所示光纤在(a)Z＝1000μm、(b)Z＝1100μm、(c)Z＝1200μm和(d)Z＝1300μm横截面处的相位分布图；

图6是带有芯的光纤预制棒示意图；

图7是打孔之后的带芯光纤预制棒示意图；

图8是螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤(偏孔位于纤芯一侧)的制备示意图；

图9是螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤(纤芯部分融嵌于偏孔内壁的包层中)示意图；

图10是图9所示光纤的横截面示意图；

图11是打孔之后的包层预制棒示意图；

图12是螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤(纤芯部分融嵌于偏孔内壁的包层中)的制备示意图

图13是带光源的尾纤与螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤(偏孔位于纤芯一侧)的连接示意图。

图14是带光源的尾纤与螺旋偏孔融嵌芯涡旋光纤(纤芯部分融嵌于偏孔内壁的包层中)的连接示意图。

(五)具体实施方式