[发明专利]光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器

权利要求书

1.一种光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器，其特征在于，包括：具有单臂螺线型截面的螺线波导组和单模弯曲波导，其中：由12根单模波导组成的螺线波导组位于飞秒激光焦点玻璃表面下深度170μm，单模弯曲波导位于螺线波导组同一深度的侧面；

所述的螺线波导组具体为12根单模直波导围成阿基米德螺线结构。

2.根据权利要求1所述的光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器，其特征是，所述的单臂螺线型截面是指：以极坐标参数方程r＝3.5+0.35*θ，其中：r、θ分别为径向和角向变量，在阿基米德螺线结构上每间隔30度取一个点，这12个点即为12根单模波导的中心点；单模波导和手性轨道角动量波导中心间距为12μm，耦合长度4mm。

3.根据权利要求1所述的光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器，其特征是，所述的单模弯曲波导包括：位于两端的直波导部分、位于其间的耦合波导部分，其中：耦合波导部分与直波导部分之间设有弯曲波导部分。

4.根据权利要求3所述的光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器，其特征是，所述的直波导部分长度为3mm直波导部分；弯曲波导部分为由余弦函数形式在横向5mm的距离上纵向变化50μm的弯曲波导，以趋近手性直波导；耦合波导部分的长度为4mm。

5.根据权利要求1～3中任一所述的光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器，其特征是，所述的单模弯曲波导为实心渐变折射率波导。

6.根据权利要求1～3中任一所述的光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器，其特征是，所述的螺线波导组和单模弯曲波导，利用飞秒激光直写技术加工得到，具体为：裁切出2cm*2cm的硼硅酸盐玻璃材料，用酒精擦拭表面保证其表面无灰；用单脉冲能量2.7uJ的513nm飞秒脉冲激光聚焦在玻璃表面下170μm深度处，以5mm/s的速度在该深度对材料进行改性，并直写出围成单臂阿基米德螺线的12根单模波导和在其一侧的一根单模波导。

7.根据权利要求6所述的光子集成芯片上的手性轨道角动量发射器，其特征是，所述的飞秒激光直写技术具体包括：

步骤1)设计不同的螺线形状的波导结构，其极坐标系下的参数方程为：r＝3.5+0.35*θ，其中：r、θ分别为径向和角向变量，在阿基米德螺线结构上每间隔30度取一个点，这12个点即为12根单模波导的中心点；单模波导和手性轨道角动量波导中心间距为12μm，耦合长度4mm；

步骤2)通过飞秒激光直写系统在片上加工出波导，具体包括：

2.1)飞秒激光系统使用100倍物镜且需要用柱面镜对光束进行整形，并确定输出光斑形状合适，定位准确；直写激光脉冲能量2.7μJ，波长513nm，偏振设置为70度；

2.2)擦拭裁切至2cm×2cm的硼硅酸盐玻璃，在直写系统中用照明光对准芯片，确定芯片表面位置后，从表面下170μm处开始加工；

2.3)加工速度为5mm/s，加工结束后对芯片两端进行抛光。

8.一种基于权利要求1～7中任一所述手性轨道角动量发射器的应用，其特征在于，通过高斯光束的耦合注入激发出手性轨道角动量波导对应本征模式，具体为：对直写功率和结构参数的调控使注入的高斯光束可以通过分束器激发出手性轨道角动量光束。