[发明专利]基于光学诱导原子晶格的可调涡旋阵列产生方法和装置

说明书

本发明属于光通信技术领域，涉及一种基于光学诱导原子晶格的可调涡旋阵列产生方法和装置。方法包括以下步骤：S1、耦合光和输入光的频率分别失谐锁定在碱金属原子的D1和D2超精细结构跃迁线上；S2、使耦合光分为两束光，并以不同入射角从消偏振分束棱镜的入射面两侧入射至消偏振分束棱镜并分成四束，其中两束以夹角出射并沿传播方向上产生第一驻波场，另外两束光沿传播方向上产生第二驻波场，使第一驻波场方向旋转90°后，与第二驻波场合束并入射至碱金属蒸汽池，形成空间周期性调制的二维光学诱导原子晶格；S3、输入光经涡旋波片后，与耦合光形成的干涉驻波场对向重合入射至碱金属蒸汽池，经原子晶格衍射后输出涡旋阵列。本发明可动态产生和控制涡旋阵列。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，涉及一种基于光学诱导原子晶格的可调涡旋阵列产生方法和装置。

背景技术

涡旋光束具有螺旋相位波前和非零轨道角动量，目前在光镊、显微成像、量子计算以及光通信等领域有着广泛的应用。随着人们需求的进一步发展，单个涡旋光束已经远无法满足大数据存储容量和海量捕获能力的迫切要求，因此，由多个涡旋光束组成的涡旋阵列应运而生。相较于单涡旋光束，涡旋阵列近年来被广泛应用于多粒子捕获、快速微加工以及提升通信信道容量等领域。目前在光学领域有多种涡旋光阵列的产生方法，如干涉法、泰伯效应法、光楔衍射法、模式转换法、达曼光栅法、计算全息法、空间光调制法、超材料图案法等。其中利用达曼光栅以及一些特殊图案的超表面等产生等能量的涡旋阵列更为人们所关注，但是由于这些空间周期性结构制作较为复杂，一旦制成很难进行调节，使用这些方法产生的涡旋阵列是不可以调节的。利用空间光调制器构造的不同的衍射光栅是产生可调谐的涡旋阵列的有效方法，然而，通过这种方法所得到的阵列往往受衍射原则的限制，高衍射阶能量较低，并且空间光调制器调制的刷新速度相对较慢，这并不利于可调涡旋阵列在相关应用中的使用。

光学诱导原子晶格作为一种新型的全光介质，可以对输入的探测光进行高效灵活地全光快速分束。这种新型的原子光晶格是通过在原子介质中施加周期性调制光场诱导而成，并且基于电磁诱导透明机制，这种新型原子光晶格具有折射率动态可调的显著特点，从而使入射的光束输出成为强度和空间分布可控的阵列，在适当的系统参数下还可以获得强度分布为中空的阵列。同时，原子对光束快速的响应速度也使得阵列的刷新速度相较于传统方法提升一个数量级。这种利用光信号而不是电信号来处理光信号的方法也使得这种光晶格成为了新型全光器件的有效备选者。因此，光学诱导原子晶格可以作为生成可调光学涡旋阵列的合适选择。这种以光学诱导原子光晶格为介质所产生的涡旋阵列，拥有快速可调的优势，可有效应对更为严苛的实验需求。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于光学诱导原子晶格的可调涡旋阵列产生方法和装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于光学诱导原子晶格的可调涡旋阵列产生方法，包括以下步骤：

S1、耦合激光器和输入激光器的频率均失谐锁定在碱金属原子超精细结构跃迁线上；

S2、对耦合激光器输出的耦合光整形后，将其分为两束光，使这两束光以不同入射角从消偏振分束棱镜的入射面两侧入射至消偏振分束棱镜并分成四束，其中两束以夹角出射并相互干涉，沿传播方向上产生第一驻波场，另外两束光以同样夹角出射，沿传播方向上产生第二驻波场，使第一驻波场方向旋转90°后，使第一驻波场和第二驻波场重合并入射至碱金属蒸汽池，形成空间周期性调制的二维光学诱导原子晶格；

S3、使输入激光器输出的信号光经涡旋波片后，与耦合光形成的干涉驻波场对向重合入射至碱金属蒸汽池，经原子晶格衍射后输出涡旋阵列。

所述的一种基于光学诱导原子晶格的可调涡旋阵列产生方法，还包括以下步骤：

将输入激光器输出的信号光分出一部分，使其与经碱金属蒸汽池后输出的涡旋阵列发生干涉，通过光束质量分析仪检测输出的涡旋阵列。

所述夹角的范围为：0.2°到0.5°。