基于雙芯光纖耦合器的高純度渦旋光產生研究

王喬波，常 敏，劉學靜，周 軍

（上海理工大學 光電信息與計算機工程學院，上海 200093）

引 言

光纖中的軌道角動量（orbital angular momentum ， OAM）光束，也稱為渦旋光束，可以由同一高階模式的奇模和偶模經過 ± π/2 相位差疊加產生[1-4]，在微粒操控[5]、光學度量[6]和全光通信等[7]諸多領域都有著廣闊的應用前景。基于單模光纖和少模光纖的光纖模式選擇耦合器的渦旋光束產生器件，具有結構簡單、產生模式純度高、插入損耗小、制作工藝難度低等優勢[8-10]。目前，實驗上實現的OAM模式選擇耦合器往往通過熔融拉錐的方式制得[11-13]，但是對于廣泛應用于OAM光纖通信和傳感領域的環芯光纖[14-16]，熔融拉錐技術會破壞耦合區的光纖折射率分布結構，使得OAM模式無法在錐區穩定傳輸與保持，并在耦合的過程中容易產生模間串擾。在軌道角動量光纖應用系統中，模間串擾值越低，越有利于降低系統的復雜度。因此，目前迫切需要一種高純度、穩定的光纖OAM模式產生器件，以推動全光纖化軌道角動量光纖應用系統的產業化發展。本文基于復功率匹配的模式匹配法[17-18]，提出了一種基于雙芯光纖耦合器的高純度渦旋光產生結構。

1 結構設計和仿真原理

本文設計的耦合器結構由標準的單模光纖與一根環芯光纖組成，該結構是先通過研磨法去除光纖包層，再利用折射率匹配膠水將單模光纖與環芯光纖進行拼接來實現。該結構存在兩個波導不連續處，分別位于耦合區域的輸入端z=0 以及輸出端z=L，耦合區域的光波導的橫向結構沿著傳播方向不變，如圖1所示。……