深圳大学王义平课题组：全光纤型高阶轨道角动量产生技术

Original 李志兰编辑中国激光杂志社 2022-05-13

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近日，深圳大学广东省光纤传感技术粤港联合研究中心王义平教授团队在全光纤型高阶轨道角动量产生技术方面取得了重要进展，该课题组利用氢氧焰加热扭曲法制备的螺旋光子晶体光纤产生了高阶轨道角动量（OAM₊₆, OAM₊₅）光束。

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轨道角动量光束由于其特殊的螺旋相位特性，使其广泛应用于光通信、粒子操控、光成像和光传感等诸多领域。传统的空间光轨道角动量产生技术都需要复杂的器件，如螺旋相位片、空间光调制器等，不利于实现新一代大容量全光纤通信系统。近年来，研究人员也报道了基于普通光纤光栅的低阶（OAM_±1,OAM_±2）轨道角动量光束产生技术，但是，能提高更大通信容量的高阶光纤型轨道角动量产生技术还未报道。

深圳大学王义平教授带领的团队在实验中利用氢氧焰加热扭曲技术，成功制备了螺旋光子晶体光纤，实现了低插损、高耦合效率的高阶轨道角动量（OAM₊₆, OAM₊₅,）光束的激发。在螺旋光子晶体光纤包层中螺旋分布的空气孔作用下，纤芯基模被耦合至包层的轨道角动量模式，进而在其透射谱中会形成两个不同的谐振峰（Dip₁，Dip₂），谐振峰幅值大于20 dB，且其耦合深度和谐振波长分别与螺旋光纤长度和扭曲率相关。利用自主搭建的轨道角动量分析系统对其模场和轨道角动量进行了测试，结果表明：Dip₁和Dip₂分别产生了l=+6和l=+5阶轨道角动量光束，且在谐振波长及其附近±50 nm波长范围内都可以产生高质量轨道角动量模式。

图1 螺旋光子晶体光纤的（a）侧视图，（b）端面图，（c）不同扭曲率下的透射谱，（d）不同谐振峰（Dip₁，Dip₂）和轨道角动量模式阶数的关系。

图2 螺旋光子晶体光纤产生OAM+6：（a）透射谱，（b）偏振相关损耗；（c）,（d）仿真模场图；（e）,（f）实测模场图；（g）,（h）干涉图；（c）,（e）,（g）对应谐振波长，（d）,（f）,（h）对应非谐振波长。

图3 螺旋光子晶体光纤产生OAM₊₅：（a）透射谱，（b）模场图和（c）干涉图。

该工作成功实现了基于螺旋光子晶体光纤的全光纤型高阶轨道角动量模式，对于推动大容量全光纤通信系统的发展具有重要意义。该工作同时准确验证了国际同行在Science [337,6093,446-449 (2012)] 期刊上对光纤型高阶轨道角动量的理论预测。本成果以High-order orbital angular momentum mode generator based on twisted photonic crystal fiber为题发表在Optics Letters [43,8,1786-1789 (2018)] 上。该工作的第一作者为付彩玲博士，通讯作者为王义平教授，深圳大学为唯一通信单位。该研究得到了国家自然科学基金委、广东省科技厅和深圳市科创委的资助。

文章链接：

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-43-8-1786

课题组链接：

http://cofs.szu.edu.cn/

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