[发明专利]手性多维多波段可控OAM光束产生器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种手性多维多波段可控OAM光束产生器，包括激光光源和多芯扭转光纤；多芯扭转光纤的纤芯具有一定的扭率；激光光源的光进入多芯扭转光纤，多芯扭转光纤中间的纤芯和旁边的纤芯通过耦合实现中间纤芯在较宽波段范围内选择性地和特定的“卫芯”耦合激发起“卫芯”的高阶模；又因为扭转后的高阶模由标量模式变化到矢量模式，携带了轨道角动量，所以通过扭转光纤中间纤芯与“卫芯”的选择性耦合激发多个“卫芯”的轨道角动量模式从而实现多维多波段OAM光束产生。本发明通过改变扭转光纤的扭率、光的波长以及纤芯的之间的距离，中间的纤芯可以有选择性的与特定的“卫芯”耦合。实现了激发OAM光束的灵活选择自由度。

技术领域

本发明涉及光纤通信与功能器件技术领域，具体涉及一种手性多维多波段可控OAM光束产生器及其制备方法。

背景技术

在过去的三十年当中，单模光纤的数据承载能力增加了四个数量级，随着当前光纤系统的容量达到极限时，理论上具有无限高阶复用维度的OAM(Orbital AngularMomentum)光通信技术成为超高速光通信领域用于突破香农极限的研究热点之一。

虽然一些报道中已经实现了OAM信道在特殊光纤中1km的传输试验，但是系统是由分立的光学衍射器件构成，光纤—自由空间和自由空间—光纤的耦合过程势必会引入不必要的插入损耗，并且系统过于复杂庞大，灵活性和稳定性较差，不易调节，更不利于实现集成化，所以如何在光纤中直接产生OAM光束便成为了一个研究难点。最初有用传统的光纤光栅产生OAM光束，然而这种方法以来基于光栅刻写成本高，另外基于模式之间的耦合叠加形成的OAM光束质量较差，且不稳定。于是，Bozinovic等人在2011年首次提出了0.9km螺旋光纤实现双OAM态光子传输。此方法降低了制备成本和难度。2019年，Wang Yiping等人报道了在标准正六边形排布的螺旋光子晶体光纤中OAM的产生器件，并且证明包层能产生1阶OAM光束。然而，目前报道的螺旋光子晶体光纤基本是单纤芯结构，所产生的OAM轨道角动量都位于包层，传输损耗大。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种手性多维多波段可控OAM光束产生器及其制备方法，利用手性多芯光纤耦合原理产生多波段多可控OAM光束，不但可以自发生成及传输OAM光束，而且可以灵活地调控光在特定位置的特定波段产生特定的高阶模式。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一方面，本发明提供一种手性多维多波段可控OAM光束产生器，包括激光光源和多芯扭转光纤；

激光光源的光进入多芯扭转光纤，多芯扭转光纤中间的纤芯和旁边的纤芯通过耦合实现中间纤芯在较宽波段范围内选择性地和特定的“卫芯”耦合激发起“卫芯”的高阶模；

由于“卫芯”到光纤中心的距离不一样，“卫芯”的边缘到中间纤芯边缘的距离不一样，所以“卫芯”受到的扭转的影响不一样，进而导致“卫芯”的折射率受到的影响不一样，再者“卫芯”的大小直径不一样，因此，在多重影响因素下，在不同的波段，中间纤芯的基模有选择性地跟特定的“卫芯”进行耦合，继而生成特定“卫芯”的特定高阶模；

又因为扭转后的高阶模由标量模式变化到矢量模式，携带了轨道角动量，所以通过扭转光纤中间纤芯与“卫芯”的选择性耦合激发多个“卫芯”的轨道角动量模式从而实现多维多波段OAM光束产生。

进一步地，所述手性多维多波段可控OAM光束产生器还包括单模光纤，激光光源的光通过单模光纤进入多芯扭转光纤；

单模光纤的纤芯与多芯扭转光纤的纤芯同轴；

多芯扭转光纤中间纤芯的直径与单模光纤的纤芯的直径大小相互匹配，以便于光纤的熔接；

多芯扭转光纤包层的直径与单模光纤包层的直径大小相互匹配，以便于光纤的熔接。