一種基于全息光柵的新型光學(xué)軌道角動量模式切換器

近日，中科院上海光機所薄膜光學(xué)實驗室提出一種基于復(fù)用體全息光柵的新型光學(xué)軌道角動量模式切換器，相關(guān)研究成果以“Optical vortex switch based on multiplexed volume gratings with high diffraction efficiency”為題發(fā)表于Optics Express。 攜帶軌道角動量(OAM)的渦旋光具有特殊的螺旋波前結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用在自由空間光通信、光鑷等系統(tǒng)中，其具有可調(diào)諧的軌道角動量，以及更緊湊、更高轉(zhuǎn)換效率、更寬工作波長的優(yōu)勢。和低偏振依賴性的OAM模式轉(zhuǎn)換器件在應(yīng)用系統(tǒng)中更具備優(yōu)勢，同時也面臨更大的挑戰(zhàn)。

研究團隊基于體全息光柵的可復(fù)用性、高衍射效率、低偏振依賴性、優(yōu)良的波長和角度選擇性，結(jié)合高功率激光單元技術(shù)實驗室自研的全息記錄材料——光敏熱折變玻璃(PTR)的高環(huán)境穩(wěn)定性和高抗損傷閾值的優(yōu)勢，提出了一種新型的光學(xué)渦旋切換器。這種切換器通過改變?nèi)肷浠８咚构獾南鄬嵌?，在一級衍射光處完成OAM模式的調(diào)制和切換。

經(jīng)實驗制備出了OAM按照-1，0，+1變化的六通道OAM切換器，并使用研究團隊自研的OAM邊緣衍射的探測方法驗證了各通道衍射光的模式(相關(guān)研究發(fā)表在Chinese Optics Letters上)。制備的OAM模式切換器在入射激光發(fā)散角為96 μrad時，所有通道的衍射效率均超過92.68%，角度選擇性均小于1.5 mrad。同時通過理論和實驗分析了衍射效率和衍射光強分布的偏振依賴性，證明了其偏振不敏感的特性。這種OAM模式切換器在光鑷、光通信、高功率光束整形和合束等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖 1. 六通道OAM模式切換器工作原理

圖 2. OAM模式切換器各通道的(a)轉(zhuǎn)換效率角度譜;(b)偏振角α與衍射效率的關(guān)系;(c)初始衍射及其邊緣衍射光斑形貌 本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項和國家重點研發(fā)計劃的支持。

審核編輯：湯梓紅