[发明专利]基于光流控的可调谐涡旋光生成器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学器件，特别涉及一种基于光流控的可调谐涡旋光生成器。

背景技术

涡旋光是近年来国内外研究热点，在光学操纵、光学微液流学、细胞培养繁殖和空间光通信等领域得到广泛应用。其在光学操控中体现了极大的优势，而在轨道角动量调制的空间光通信中，则蕴含可观的前景。涡旋光的生成主要利用空间光调制器或螺旋相位板。前者体积大、成本高，应用受限，而后者的器件设计原理完全符合涡旋光产生机理，可通过批量制造相位板来有效直观地量产涡旋光，节省成本。

螺旋相位板是一种具有螺旋形状结构的介质圆盘，它的厚度与旋转方位角成正比，入射光通过螺旋相位板之后，会形成光波场中心存在奇点的环形涡旋光束。入射光通过螺旋相位板产生的涡旋光束与螺旋相位板具有的拓扑荷数密切相关，可以通过改变拓扑荷数改变其轨道角动量和涡旋光束的光强大小以及光强分布。然而，在之前的工作中，每一个螺旋相位板只具有一个固定的拓扑荷数，这样就增加了实验的操作难度，给科研工作带来极大的不便。并且，利用传统螺旋相位板生成涡旋光束，整个系统涉及的仪器复杂，不可灵活变动。

发明内容

本发明是针对涡旋光的生成存在的问题，提出了一种基于光流控的可调谐涡旋光生成器，将螺旋相位板结构集中在光流控芯片上，同时产生可调涡旋光束，简化实验装置和实验步骤，基于光流控芯片并具有可调拓扑荷数的螺旋相位板能给涡旋光束技术带来新的突破。

本发明的技术方案为：一种基于光流控的可调谐涡旋光生成器，入口到出口依次包括液体注入区、锯齿形混合区、螺旋相位腔和出口管道；整个结构制备在光流控芯片内部，液体注入区为Y型管道，Y型管道具有2个口的一端为液体注入区的入口端，具有1个口的一端为液体注入区的出口端，两个入口和出口的管道内径均相同；锯齿形混合区出口与螺旋起点旁的最高处底部相连，螺旋起点即为螺旋相位腔最低零点与最高处相连点，螺旋相位腔与出口管道相连的位置高度与出口管道高度相同，液体注入区、锯齿形混合区和出口管道在光流控芯片内部同一水平面上，螺旋相位腔的出口与出口管道相连，配置好的氯化钙溶液和去离子水，分别经过Y型管道两个入口，再经过平面锯齿形管道混合均匀后进入螺旋相位腔，入射光透过充满混合均匀的氯化钙溶液的螺旋相位板，产生涡旋光束。

所述液体注入区、锯齿形混合区和出口的管道内径均相同。

所述的充满混合均匀的氯化钙溶液的螺旋相位板与光流控芯片的折射率差与光学涡旋的拓扑荷数l的关系是:Δn＝lλ/h，其中△n为螺旋相位板折射率与光流控芯片的折射率之差，h为螺旋相位板最高处的高度值，λ为平面入射波的波长。

所述光流控芯片的材质为透明的聚二甲基硅氧烷。

本发明的有益效果在于：本发明基于光流控的可调谐涡旋光生成器，实现对拓扑荷数的精确调节；将螺旋相位板结构集中在光流控芯片上，体积微小，结构简单，生产成本低，且实验操作更加方便。

附图说明

图1为本发明基于光流控的可调谐涡旋光生成器的俯视图；

图2为本发明基于光流控的可调谐涡旋光生成器的正视图；

图3为本发明中螺旋相位腔的结构示意图；

图4-1为本发明通过折射率匹配液，获得拓扑荷数为1时的涡旋光束光强分布图；

图4-2为本发明通过折射率匹配液，获得拓扑荷数为1时的涡旋光束对应光斑图；

图5-1为本发明通过折射率匹配液，获得拓扑荷数为4时的涡旋光束光强分布图；

图5-2为本发明通过折射率匹配液，获得拓扑荷数为4时的涡旋光束对应光斑图；

图6-1为本发明通过折射率匹配液，获得拓扑荷数为8时的涡旋光束光强分布图；

图6-2为本发明通过折射率匹配液，获得拓扑荷数为8时的涡旋光束对应光斑图。

具体实施方式

基于光流控的可调谐涡旋光生成器，结构如图1和2所示俯视和正视图，入口到出口依次包括液体注入区1、锯齿形混合区2、螺旋相位腔3和出口管道4。整个结构制备在光流控芯片内部，该光流控芯片的材质为透明的PDMS(聚二甲基硅氧烷)，通过透明材质可直观看到芯片内部的结构。