[发明专利]光子集成芯片上的轨道角动量滤波器实现方法

说明书

一种光子集成芯片上的轨道角动量滤波器实现方法，利用飞秒激光直写加工出剖面为单臂螺线型的直波导阵列，通过对直写功率和结构参数的调控使加工的特定波导具备只通过特定阶数的轨道角动量光束的能力，即轨道角动量滤波。本发明通过打破手性来实现时间反演对称性，通过单臂螺线结构引入手性，该滤波器能够过滤得到固定阶数的轨道角动量，实现片上轨道角动量解复用。

技术领域

本发明涉及的是一种片上波导领域的技术，具体是一种光子集成芯片上的轨道角动量(OAM)滤波器实现方法。

背景技术

光子芯片是一种在玻璃等导光材料上加工光子器件，使光子器件小型化集成化在衬底材料上以实现在芯片上对信息进行传输和处理。与传统信息处理手段相比，其处理和传送速度更快，也更加安全。轨道角动量作为光子的基本属性具有高维自由度，在光通信和量子信息技术上有不可比拟的优势。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种光子集成芯片上的轨道角动量滤波器实现方法，通过打破手性来实现时间反演对称性，通过单臂螺线结构引入手性，该滤波器能够过滤得到固定阶数的轨道角动量，实现片上轨道角动量解复用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种光子集成芯片上的轨道角动量滤波器实现方法，利用飞秒激光直写加工出剖面为单臂螺线型的直波导阵列，通过对直写功率和结构参数的调控使加工的特定波导具备只通过特定阶数的轨道角动量光束的能力，即轨道角动量滤波。

所述的直波导阵列，为12根平行单模波导，该阵列的剖面构成单臂螺线型，具体为极坐标系下参数方程为r＝a+b*θ的阿基米德螺线，其中：r为径向变量，θ为角向变量，a为圆心距离；b为螺旋半径。

所述的剖面，与飞秒激光直写方向呈90°夹角。

所述的飞秒激光直写，具体为脉冲能量2.7μJ，波长为513nm，直写功率为135mw，直写速度为5mm/s。

所述的加工，通过飞秒激光直写12次在光子集成芯片的表面深度为表面以下170μm处扫描得到直波导阵列。

所述的光子集成芯片，采用但不限于硼硅酸盐玻璃、熔融石英玻璃或其他材料的玻璃制成，优选为2cm×2cm的硼硅酸盐玻璃，经酒精擦拭表面保证其表面无灰。

技术效果

本发明整体解决了现有技术中，轨道角动量波导没有区分正负手性轨道角动量光束的能力，现有轨道角动量波导的本征模式均为正负手性轨道角动量的叠加态。本发明利用螺旋结构打破了光波导的圆对称性，同时兼具传输轨道角动量光束的能力，从而实现了对特定手性轨道角动量的支持，不仅可以选择性滤掉除特定阶数外的高阶模式也具有滤掉除特定手性外的其他模式。

附图说明

图1为本发明制备得到的具有单臂螺线型截面的直波导；

图中：r＝2+0.28*θ；

图2为实施例制备得到的片上轨道角动量滤波器的截面图；

图中使用16倍目镜和40倍物镜观察，波导半径在2.2μm-3.7μm；

图3为实施例制备得到的单臂螺线型截面的直波导阵列纵截面示意图；

图4为实施例流程图；

图5为实施例测试环境示意图；

图6为输出光斑示意图及对应的纯度谱；

图中：输出的光斑为-1阶，且其余阶数皆无法传输(传输效率均小于5％)。

具体实施方式

如图4所示，为本实施例涉及一种光子集成芯片上的轨道角动量滤波器实现方法，具体步骤包括：