[发明专利]基于等离激元超构表面的涡旋光光纤激光器和干涉系统

权利要求书

1.一种基于超构表面的涡旋光光纤激光器，其特征在于，该激光器包括：泵浦源、准直器、掺镱保偏光纤、透镜、超构表面和偏振分束器；

所述泵浦源用于发出高斯光束；

所述掺镱保偏光纤用于作为该激光器的增益介质以及在激光腔内传输所述泵浦源发出的高斯光束；

准直器用于将所述掺镱保偏光纤中的高斯光束耦合到激光腔内的自由空间中，经所述准直器出射的高斯光束为第一偏振方向的高斯光束；

所述透镜用于将经所述准直器出射的高斯光束聚焦到所述超构表面上；

所述超构表面接收到第一偏振方向的所述高斯光束后反射出第一偏振方向的类高斯光束和携带轨道角动量的、第二偏振方向的涡旋光束，所述第一偏振方向和第二偏振方向正交；所述超构表面采用金属-绝缘体-金属结构，所述超构表面的基本结构单元包括：底部金属膜、金属纳米天线和置于所述底部金属膜和金属纳米天线之间的间隔层；所述超构表面中的金属纳米天线被设置为多组，多组金属纳米天线的长和宽以及沿超构表面的预定轴线的夹角被设置为使得相邻组的金属纳米天线得到的交叉偏振光产生预定大小的相移，从而使得超构表面的反射光束的相位能够在0-2πl之间进行调制，l为整数阶拓扑荷数；

所述偏振分束器置于所述准直器和所述透镜之间，用于接收由所述超构表面反射出的光束并将其中的涡旋光束耦合输出至激光腔外。

2.根据权利要求1所述的基于超构表面的涡旋光光纤激光器，其特征在于，还包括波分复用器和保偏光纤反射镜；

所述波分复用器用于将所述泵浦源发出的高斯光束耦合到所述激光腔内的掺镱保偏光纤中；

所述超构表面反射出的光束经过所述偏振分束器将涡旋光束输出至激光腔外并将剩余的第一偏振方向的类高斯光束经所述准直器耦合回所述掺镱保偏光纤中，并经所述波分复用器后到达所述保偏光纤反射镜，经由所述保偏光纤反射镜的反射使得光束在所述保偏光纤反射镜和所述超构表面之间往返振荡，形成高斯光束的自洽传输。

3.根据权利要求1所述的基于超构表面的涡旋光光纤激光器，其特征在于，所述超构表面的基本结构单元在x方向和y方向的周期为550nm，所述金属纳米天线厚度为80nm，所述绝缘间隔层厚度为110nm，所述金属膜厚度为130nm，所述金属纳米天线的长度方向与所述x方向呈45°或135°夹角。

4.根据权利要求3所述的基于超构表面的涡旋光光纤激光器，其特征在于，所述金属纳米天线为金纳米天线，所述绝缘间隔层为二氧化硅间隔层，所述金属膜为金膜。

5.根据权利要求3所述的基于超构表面的涡旋光光纤激光器，其特征在于，所述第一偏振方向为x偏振方向，所述第二偏振方向为y偏振方向。

6.根据权利要求1所述的基于超构表面的涡旋光光纤激光器，其特征在于，所述超构表面中的金属纳米天线被设置为8组，该8组金属纳米天线具有4种长和宽的组合设置，第5-8组的金属纳米天线的天线取向与第1-4组的金属纳米天线的天线取向相垂直，每组金属纳米天线对应的交叉偏振光的相移依次相差π/4。

7.根据权利要求2所述的基于超构表面的涡旋光光纤激光器，其特征在于，

使用非保偏光纤替代所述掺镱保偏光纤；

使用非保偏光纤反射镜替代所述保偏光纤反射镜；

所述激光器还包括偏振控制器，所述偏振控制器使用非保偏光纤与准直器和波分复用器相连。