[发明专利]全光纤三阶线偏振轨道角动量生成器

说明书

本发明公开了全光纤三阶线偏振轨道角动量生成器，包括可调谐激光器、保偏50:50分束器、非偏振分束器A、偏振控制器、少模倾斜布拉格光栅、物镜、非偏振分束器B和电荷耦合设备CCD，可调谐激光器发出的激光由保偏50:50分束器分两高斯光束；上臂光束透过非偏振分束器A、偏振控制器，入射到少模倾斜布拉格光栅，少模倾斜布拉格光栅反射，穿过偏振控制器形成OAM光束，非偏振分束器A反射至非偏振分束器B，与下臂高斯光束产生干涉，干涉图样通过电荷耦合设备CCD观测。本发明利用少模倾斜布拉格光栅在相应的谐振波长处分别产生具有正负三阶拓扑荷数的OAM光束，并在同一谐振波长处实现正负同阶拓扑荷OAM光束的复用。

技术领域

本发明专利属于光通信器件技术领域，更具体的说是涉及一种全光纤三阶线偏振轨道角动量生成器。

背景技术

轨道角动量(OAM：orbital angular momentum)在光领域有着广泛应用，例如光陷阱、光镊、天文探测、量子信息处理等方面。近几年，人们发现OAM可用于空分复用：由于不同模式的OAM具有不同的拓扑荷数l，这使得OAM光束相互正交，因此在基于SDM系统中，携带不同信息的OAM光束就像一个个相互独立的信道互不干扰。由于OAM携带有用信息，因此需要产生稳定的OAM光束。

现有OAM生成技术有基于自由空间、光子集成和光纤三类。自由空间上可利用螺旋相位板、空间光调制器可产生具有不同拓扑荷数的OAM光束，然而空间光路需要精细调节且集成度不好。利用光子集成技术利用微结构光栅在回音壁腔中实现OAM光束大大提高了OAM生成器的集成度，利用表面等离子体的方法实现OAM光束是提高集成度的另一种方法，然而这种亚波长尺寸的操作对于成本和工艺都有着极为苛刻的要求。

基于光纤的方法实现OAM光束的技术中，模式耦合器能够有效的激发、产生以及分离OAM光束，目前报道的基于模式耦合器的方法能够产生的最高阶OAM为2阶，并且模式耦合器的拉制过程需要严格控制，重复性不高。长周期光纤光栅具有重复性好、转化效率高的优点，现阶段基于长周期光纤光栅的方法最高能产生2阶OAM。无论是模式耦合器还是长周期光纤光栅，单一设备只能产生某一阶OAM光束。光子灯笼可以同时产生多阶OAM，然而光子灯笼的模式耦合机理更为复杂，拉制过程更为严格。

因此，如何提供一种能由单一设备产生多阶OAM光束的全光纤三阶线偏振轨道角动量生成器成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明专利内容

有鉴于此，本发明专利提供了全光纤三阶线偏振轨道角动量生成器，不仅结构、工艺简单，重复性好，成本低，而且利用单一环芯少模倾斜布拉格光栅在相应的谐振波长处分别产生具有正负三阶拓扑荷数的OAM光束，解决了现有技术中单一设备只能产生某一阶拓扑荷数OAM光束的问题，并在同一谐振波长处实现正负同阶拓扑荷OAM光束的复用。

为了实现上述目的，本发明专利采用如下技术方案：

一种全光纤三阶线偏振轨道角动量生成器，包括：可调谐激光器、保偏50:50分束器、非偏振分束器A、偏振控制器、少模倾斜布拉格光栅、物镜、非偏振分束器B和电荷耦合设备CCD，可调谐激光器发出的激光由所述保偏50:50分束器分为上臂与下臂功率、频率、相位均相等的两高斯光束；上臂的光束依次透过所述非偏振分束器A、所述偏振控制器，入射到所述少模倾斜布拉格光栅，由所述少模倾斜布拉格光栅反射后，穿过所述偏振控制器形成OAM光束，由所述非偏振分束器A反射后进入所述非偏振分束器B；下臂的高斯光束经过所述物镜入射至所述非偏振分束器B，并与由所述非偏振分束器A反射后进入所述非偏振分束器B的光束产生干涉，干涉图样通过电荷耦合设备CCD观测。

进一步，还包括可调谐衰减器，所述可调谐衰减器位于所述保偏50:50分束器与所述物镜之间。下臂高斯光束通过调节可调谐衰减器使光强与上臂的光束强度近似，有利于产生良好的干涉效果，便于观察干涉图样。