[发明专利]基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生方法，包括如下步骤：步骤10：提供一环形螺旋光纤光栅谐振器，所述环形螺旋光纤光栅谐振器包括表面刻写有周期性螺旋光栅的螺旋光纤光栅，所述螺旋光纤光栅的两端焊接在一起形成环形波导结构；步骤20：将激光光束沿切线方向耦合进所述环形螺旋光纤光栅谐振器中，当激光光束从所述周期性螺旋光栅处辐射至空间时被转换为涡旋光束。该涡旋光束产生方法可向自由空间中产生涡旋光束，且可同时产生低阶轨道角动量的涡旋光束和高阶轨道角动量的涡旋光束。本发明还公开了一种基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生装置。

技术领域

本发明涉及涡旋光束产生技术，尤其涉及一种基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生方法及装置。

背景技术

涡旋光束是一种具有螺旋相位波前，带有轨道角动量（OAM），能够携带不同拓扑电荷数的光束。携带不同拓扑电荷数的涡旋光束是相互正交的，因此，涡旋光束可以在光纤通信装置中进行模分复用，能够极大地提高光通信装置的容量。现有的涡旋光束产生方法有模式转换法、螺旋相位法和计算全息法。

模式转换法：由柱面镜构成非轴对称光学装置，输入不含轨道角动量的厄米-高斯光束，通过两个柱面透镜构成的模式转换器，就可以将其转化为拉盖尔-高斯光束。只需要在厄米高斯光束基础上引入一个随方位角变化的相位因子，就可以将厄米-高斯光束变成具有轨道角动量的涡旋光束。利用模式转换法的转换效率高，但是转换过程中的光学装置结构相对比较复杂，装置中用到的关键光学器件加工制备比较困难，而且不易控制所产生的涡旋光束种类和参数，这使得其应用场合受到了限制。

螺旋相位板法：螺旋相位板是一种厚度与相对于板中心的旋转方位角成一次函数关系的透明板，表面结构类似于一个旋转台。当光束通过螺旋相位板时，由于相位板的螺旋形表面使透射光束光程的改变量不同，使透射光束相位的改变量也不同，继而能够产生一个具有螺旋特征的相位因子。螺旋相位板法产生涡旋光束的转换效率高，但该方法产生的光学涡旋的拓扑荷数并不唯一，而且对于某一相位板，使用特定模式的激光只能是特定的输出，不能灵活控制涡旋光束的种类和具体参数，而且高质量的相位板制备也比较困难。

计算全息法：计算全息法是依据光的干涉和衍射原理，利用计算机编程实现目标光与参考光的干涉图样，得到涡旋光束。该方法主要可以利用计算全息图和空间光调制器来实现。计算全息图是将叉形光栅制成底片，直接让高斯平面波通过此叉形光栅即可。空间光调制器法是将叉形光栅加载到空间光调制器上，让高斯平面波直接入射到空间光调制器上即可。但是因需要入射到全息图中心，则光路要求严格。

当然，现有技术中也有在光纤中产生涡旋光束的方法，但是光纤中产生的涡旋光束只有一个阶数的轨道角动量，无法同时产生低阶轨道角动量的涡旋光束和高阶轨道角动量的涡旋光束。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生方法及装置，可向自由空间中产生涡旋光束，且可同时产生低阶轨道角动量的涡旋光束和高阶轨道角动量的涡旋光束。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生方法，包括如下步骤：

步骤10：提供一环形螺旋光纤光栅谐振器，所述环形螺旋光纤光栅谐振器包括表面刻写有周期性螺旋光栅的螺旋光纤光栅，所述螺旋光纤光栅的两端焊接在一起形成环形波导结构；

步骤20：将激光光束沿切线方向耦合进所述环形螺旋光纤光栅谐振器中，当激光光束从所述周期性螺旋光栅处辐射至空间时被转换为涡旋光束。

一种基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生装置，包括

可调谐激光器，用于发射激光光束；