方青松　肖庆生

摘  要：涡旋光束是一种具有横向空间分布的光束，其在光纤通信系统中的应用引起了国内外的广泛关注。在涡旋光束复用通信系统中，光束发射器与光纤耦合时存在光斑失配、偏振失配、相位失配等模场失配问题。针对偏振失配问题，文章设计了一种圆偏振涡旋光束发射器。实验结果表明，该发射器可以产生纯度高、能量集中的圆偏振涡旋光束。

关键词：涡旋光束;轨道角动量;偏振调控;微环谐振腔

中图分类号：TN256    文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）17-0038-05

Abstract： The vortex beam is a beam with transverse spatial distribution， and its application in optical fiber communication systems has attracted widespread attention at home and abroad. In the vortex beam multiplexing communication system， there are mode field mismatch problems such as spot mismatch， polarization mismatch， and phase mismatch when beam emitter is coupled with the optical fiber. To solve the problem of polarization mismatch， a circularly polarized vortex beam emitter is designed. The experiment results show that the emitter can produce circularly polarized vortex beams with high purity and concentrated energy.

Keywords： vortex beam; OAM; polarization modulation; micro-ring resonator

0  引  言

渦旋光束是一种具有螺旋形相位波前（由相位因子exp（i??）描述，其中?为空间方位角，?为螺旋相位绕光轴变换的周期数，称为角量子数或拓扑荷数）的特殊光束[1]，自1992年Allen等人揭示涡旋光束的螺旋相位与光子的轨道角动量（Orbital angular momentum， OAM）的关系[2]（即光束中每个光子都携带了??（?为约化普朗克常量）的轨道角动量）以来，人们对这种特殊结构的光束产生了浓厚的研究兴趣。由于OAM本征态构成无穷维的Hibert空间[3]，因此涡旋光束在理论上可以承载无穷多比特信息，可以用来实现高维度的信息编码或复用，有望为量子信息处理[4]、传统光通信[5]和信息存储[6]大大地提升信息容量和安全性。因此，涡旋光束的生成器件近年来成为一个热点研究课题。

涡旋光束的生成器可以分成5类：环形光栅耦合器型[7]、微环谐振腔型[8]、直波导光栅耦合器型[9]、相控阵列型[10]和片内圆波导型[11]。其中，微环方案由于具有结构简单、集成度高等优点，受到了广泛的关注和跟踪研究。……