[发明专利]偏振无关型轨道角动量调制器及其制备方法

说明书

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。

技术领域

本申请涉及轨道角动量应用技术领域，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。

背景技术

携带有轨道角动量(orbital angular momentum，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(Spiral phase plates，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(DiffractiveOptical Elements，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。

发明内容

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。