《廣義旋光纖結構中光軌道角動量的產生和傳輸》是依託中國科學技術大學，由楊利擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：廣義旋光纖結構中光軌道角動量的產生和傳輸
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊利
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光軌道角動量(OAM)的科學與套用意義日益顯著，如何產生和傳輸OAM成為研究與套用中的一個關鍵問題。研究表明，在光纖中，模式的OAM和SAM(自旋角動量)相關聯，且總角動量的大小由模式的角向階數決定。據此，我們擬通過選擇和保持一定角向階數模式的SAM，實現對相應OAM的產生和保持。本項目提出廣義旋光纖結構，以產生和保持對應於一定OAM的高階圓偏振模；該結構在橫截面上，具有N階旋轉對稱的折射率分布；其旋距在範圍選擇上，適於實現傳統意義的旋光纖和更小旋距的旋光柵。擬基於耦合模理論，建立廣義旋光纖結構的系統分析體系。通過旋光柵中不同角向階數圓偏振模式之間耦合的相位和角動量匹配關係，研究耦合的頻率選擇、偏振選擇，以及角向階數選擇機制，揭示對應OAM的產生及其與SAM相互作用的規律；通過可類比的物理模型，描述對應的物理圖像；設計多功能和寬頻OAM發生器。從模式耦合的角度，研究旋光纖中具有一定角向階數的圓偏振模穩定傳輸的充要條件，探求保持相應OAM的結構設計原則。研究橢圓偏振對產生和保持OAM的影響。實驗驗證OAM量子數為2的光束的產生和傳輸。以新視角和方案應對光纖中光OAM產生和保持這一新挑戰。
結題摘要
光軌道角動量（OAM）的產生與傳輸是認識和套用光OAM的基礎。由於光纖模式的OAM和SAM(自旋角動量)相關聯，且總角動量量子數由模式角向階數決定；本項目提出廣義旋光纖結構，通過選擇和保持一定角向階數模式的SAM，實現相應OAM在光纖中的產生和保持。該結構截面折射率分布具N階旋轉對稱性，旋距可調節以實現傳統意義的旋光纖和更小旋距的旋光柵（手征光纖光柵）。基於耦合模理論與圓偏振模展開，面向截面具有N階旋轉對稱性的廣義旋光纖結構，建立了理論分析模型；為該結構的分析和套用奠定了基礎。利用旋光柵中不同角向階數圓偏振模耦合的相位和角動量匹配關係，確定了模式耦合的頻率、偏振及角動量選擇機制，揭示了OAM產生及其與SAM相互作用的規律，為研究該結構中光OAM產生與轉換提供了簡明直觀的理論依據。基於此，分別利用模式耦合的多重選擇機制與漸變旋轉結構中的絕熱耦合效應，設計了結構緊湊的多量子數和寬頻OAM光纖發生器。另一方面，光OAM在廣義旋光纖結構中的穩定傳輸取決於結構對高階圓偏振模式的保偏特性，取決於相應直光纖結構中高階模式的雙折射特性。從耦合模的解析分析出發，建立截面N階旋轉對稱幾何型光纖的分析模型，藉助於模式耦合的角向匹配條件，得到對應直光纖中各階模式是否存在雙折射的判斷依據，並藉助于波導模式的數值求解做了驗證；為研究廣義旋光纖結構中保持圓偏振態和傳輸光OAM奠定了基礎。為實現旋光柵結構的靈活製備，構建基於熔融旋轉的製備平台；並提出了兩種無需熔融旋轉的偏光雙折射光纖旋光柵的製備方案。開展了OAM產生與傳輸的驗證性實驗。利用該實驗平台的設計思路，設計並模擬了基於光OAM的光纖應變感測系統；模擬表明該感測系統可實現高達10^-9的應變靈敏度。利用偏振選擇耦合，提出實現基於旋光柵的多參量感測的新方案。研究了基於數字微鏡陣列的OAM產生、傳輸與檢測，為基於光OAM的自由空間通信提出了新方案。
