[发明专利]一种检测和接收涡旋光场的装置及方法

权利要求书

1.一种检测和接收涡旋光场的装置，其特征在于：包括环形波导(1)、内光栅(2)、覆层光栅(3)和直波导(4)；所述覆层光栅(3)材料为折射率在2和3之间的介质，且均匀设置于环形波导(1)的上表面；所述内光栅(2)均匀设置于环形波导(1)的内壁；所述环形波导(1)、内光栅(2)和直波导(4)为同种介质材料，该介质材料的折射率大于3；所述直波导(4)靠近环形波导(1)的外壁设置；所述环形波导(1)、内光栅(2)和直波导(4)的厚度相同且这三者的下表面位于同一平面；上述装置整体被外部材料包裹，所述外部材料的折射率低于2。

2.一种利用权利要求1所述的装置检测涡旋光场的轨道角动量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将已知轨道角动量的径向偏振的涡旋光场作为入射光场垂直于环形波导(1)的上表面自上而下照射于环形波导(1)上，且入射光场的中心与环形波导的几何中心重合；涡旋光场被内光栅(2)耦合入环形波导(1)，随后耦合入直波导(4)并在直波导(4)内以传导模式传输；探测直波导(4)内的导模功率，并根据入射光场功率计算出接收效率；

步骤二、改变径向偏振的涡旋光场的波长并重复步骤一，获得具有该轨道角动量的径向偏振的涡旋光场的接收效率随波长变化的数据并得出其中接收效率峰值所对应的共振波长；

步骤三、改变径向偏振的涡旋光场的轨道角动量并重复步骤一和二，获得不同轨道角动量的径向偏振的涡旋光场的接收效率峰值所对应的共振波长，形成预存数据集；

步骤四、将步骤一和步骤二中已知轨道角动量的径向偏振的涡旋光场替换为待测的径向偏振的涡旋光场，重复步骤一和二，获得待测的径向偏振的涡旋光场的接收效率峰值所对应的共振波长；

步骤五、将步骤四中获得的待测的径向偏振的涡旋光场的共振波长与步骤三中获得的预存数据集进行对比，选出与待测的径向偏振的涡旋光场的共振波长相同的预存数据，进而获得该预存数据所对应的轨道角动量，即为待测的径向偏振的涡旋光场的轨道角动量。

3.一种利用权利要求1所述的装置接收涡旋光场的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将已知轨道角动量的径向偏振的涡旋光场作为入射光场垂直于环形波导(1)的上表面自上而下照射于环形波导(1)上，且入射光场的中心与环形波导的几何中心重合；涡旋光场被内光栅(2)耦合入环形波导(1)，随后耦合入直波导(4)并在直波导(4)内以传导模式传输；探测直波导(4)内的导模功率，并根据入射光场功率计算出接收效率；

步骤二、改变径向偏振的涡旋光场的波长并重复步骤一，获得具有该轨道角动量的径向偏振的涡旋光场的接收效率随波长变化的数据并得出其中接收效率峰值所对应的共振波长；

步骤三、改变径向偏振的涡旋光场的轨道角动量并重复步骤一和二，获得不同轨道角动量的径向偏振的涡旋光场的接收效率峰值所对应的共振波长，形成预存数据集；

步骤四、将待接收的已知轨道角动量的径向偏振的涡旋光场作为入射光场，根据步骤三获得的预存数据集将入射光场的波长调节为该轨道角动量所对应的共振波长，并将该入射光场垂直照射环形波导(1)并确保光场中心和环形波导(1)几何中心重合从而接收入射光场。