[发明专利]聚焦涡旋光发生器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚焦涡旋光发生器以及一种上述聚焦涡旋光发生器的制备方法。其中聚焦涡旋光发生器包括：单模光纤、多模光纤和复合型螺旋相位片，多模光纤的输入端与单模光纤对接耦合，多模光纤的输出端与复合型螺旋相位片对接耦合。上述聚焦涡旋光发生器能将激光直接调制为具有优良聚焦特性的涡旋光。

技术领域

本发明涉及衍射光学领域，特别是涉及一种聚焦涡旋光发生器及其制备方法。

背景技术

涡旋光束由于其独特的螺旋波前结构和中心奇点特性而在通信、传感以及粒子操控等领域获得了广泛应用。以往涡旋光束的产生依赖于自由空间光耦合，如圆柱-透镜模式转换器，空间光调制器，微观环形谐振器和螺旋相位板等。

但是，涡旋光束在传播过程中具有高发散特性，使得其在如涡旋光耦合、涡旋光微粒操控等一些实际应用中并不为人们所期望。传统的涡旋光束发生器件虽能够产生出涡旋光束，但是并不具备同时对所产生涡旋光束的聚焦能力。因此，在应用中需要借助外在的光学元件来对涡旋光束进行聚焦。外在聚焦元件的引入不仅增大了整个光学系统的体积，增添了繁琐的光束准直过程，且降低了系统的稳定性。

发明内容

基于此，提供一种聚焦涡旋光发生器，其能将激光直接调制为具有优良聚焦特性的涡旋光，同时还提供一种聚焦涡旋光发生器的制备方法，用于制备上述聚焦涡旋光发生器。

为了达到上述技术效果，本申请采用如下技术方案：

一种聚焦涡旋光发生器，包括：单模光纤、多模光纤和复合型螺旋相位片，所述多模光纤的输入端与所述单模光纤对接耦合，所述多模光纤的输出端与所述复合型螺旋相位片对接耦合。

上述聚焦涡旋光发生器，其中单模光纤用于抗干扰传输激光，多模光纤用于对单模光纤中的激光扩束，使激光的束宽达到复合型螺旋相位片生成涡旋光的标准，再使用复合型螺旋相位片生成具有聚焦特性的涡旋光。上述基于光纤制备的聚焦涡旋光发生器，具有体积小、成本低、结构简单易制备、抗干扰能力及稳定性强等特点。

在其中一些实施例中，所述多模光纤为渐变折射率光纤，所述渐变折射率光纤的长度为节距的(2N+1)/4倍，其中N为自然数。

在其中一些实施例中，所述复合型螺旋相位片的透过率函数满足如下关系：

其中p为拓扑荷数，λ为被调制激光的波长，f为所述复合型螺旋相位片的设计焦距，为极坐标，r为极径，为极角，i为虚数单位，D为大于零的常数，circ(r/R)为圆域函数，R为复合型螺旋相位片的半径。

在其中一些实施例中，所述复合型螺旋相位片的极坐标上厚度分布h满足如下关系：

其中，

其中，λ为被调制激光的波长，n₁为固化后所述光敏胶的折射率，n₂为所述复合型螺旋相位片周围介质的折射率，p为拓扑荷数，f为所述复合型螺旋相位片的设计焦距，为极坐标，r为极径，为极角，i为虚数单位，D为大于零的常数。

在其中一些实施例中，所述复合型螺旋相位片分布有槽体结构，所述槽体结构的槽深h₀满足如下关系：

其中，λ为被调制激光的波长，n₁为所述复合型螺旋相位片的折射率，n₂为所述复合型螺旋相位片周围介质的折射率。

在其中一些实施例中，所述复合型螺旋相位片的直径大于所述多模光纤的有效通光直径，且小于所述多模光纤的外径。

在其中一些实施例中，所述聚焦涡旋光发生器还包括匹配层，所述匹配层设置于所述多模光纤与所述复合型螺旋相位片之间，使所述复合型螺旋相位片牢固的粘附在所述多模光纤上。