手征光纤光栅轨道角动量产生技术研究

发布时间：2020-05-15 19:10

【摘要】：轨道角动量光束具有螺旋形波前结构、光强呈环形分布、确定的轨道角动量、存在相位奇点等,其在光学信息传输、光学微操控、显微成像、激光微加工等利用得到广泛的应用。目前光纤中产生轨道角动量光束的方式及其传输特性的研究是轨道角动量光束的热点方向之一,通常采用机械扭曲、预制棒熔融拉制成栅、CO_2激光或电弧放电等方式来制备手征光纤光栅、扭曲光子晶体光纤等来产生轨道角动量光束。本论文在前期采用CO_2激光在细芯光纤上制备长周期光纤光栅的工作基础上,提出采用氢氧焰加热方式制备手征光纤光栅和扭曲光子晶体光纤的方案,该方案可以实现轨道角动量光束的产生。本论文主要研究内容如下:1.设计并搭建了CO_2激光制备细芯长周期光纤光栅的实验装置,并系统研究了该光纤光栅的光谱特性和传感特性。实验表明:该光纤光栅谐振峰3 dB带宽仅为8.7 nm,偏振相关损耗高达20 dB;单侧曝光引起的周期性刻槽使该光纤光栅对外界环境折射率的灵敏度较高,在1.40~1.44折射率范围内灵敏度高达1047.3 nm/RIU,且温度变化时由于光纤本身所引起的折射率测量误差仅为8%。2.设计并搭建了氢氧焰加热法制备手征光纤光栅的实验装置,该系统具有重复性好、稳定性高的特点,并可批量制作长周期手征光纤光栅。利用该套系统制备了普通单模长周期手征光栅,并系统研究了其光谱特性,包括制备过程中传输谱随长度的演变、相位匹配曲线和偏振相关损耗;并进一步研究了其对扭曲、轴向应变、温度、折射率外界环境的传感响应特性,为后续有关手征光纤光栅的研究工作打下了实验基础。3.首次采用氢氧焰加热方式在单模光纤上制备的长周期手征光栅产生了l=+1阶的轨道角动量光束。利用自主搭建的显微镜轨道角动量测试系统对长周期手征光栅的模场分布和轨道角动量特性的测试结果表明该长周期手征光栅的模场和干涉图样分别是中心能量为零的圆环形分布和逆时针的螺旋图样,并对长周期手征光栅产生的轨道角动量光束的纯度特性进行了测试,发现l=+1阶的纯度为91%,且其转换效率为87%。4.首次在实验中利用扭曲光子晶体光纤产生了l=+6,+5阶轨道角动量光束。系统研究了扭曲光子晶体光纤的光谱特性,包括制备过程中传输谱与长度的变化关系、谐振波长和扭曲率的关系及偏振相关损耗;并进一步研究了其对扭曲和轴向应变外界环境的传感响应特性。利用自主搭建的空间型轨道角动量测试系统对扭曲光子晶体光纤的模场和轨道角动量特性的测试结果表明:透射谱中的Dip_1可产生l=+6阶的轨道角动量光束,且该模式是偏振相关的,其在谐振波长处的模场图样是中心能量为零,包层能量六重对称类似于圆环形且位于光子晶体光纤第一层和第二层空气孔间隙中;透射谱中的Dip_2可产生l=+5阶的轨道角动量光束。
【图文】：

长周期手征光栅和中周期手征光纤光栅形貌图和耦合机制[1]

拉制扭曲光纤示意图[20]
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 周斌;骆青君;;全光纤光子轨道角动量模式研究[J];华南师范大学学报(自然科学版);2014年06期

2 杨利;薛林林;苏觉;钱景仁;;Coupled-mode analysis for single-helix chiral fiber gratings with small core-offset[J];Chinese Optics Letters;2011年07期

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本文编号：2665504