[发明专利]一种基于有机分子二向色球晶产生涡旋光的方法

说明书

本发明提供一种基于有机分子二向色球晶产生涡旋光的方法。本发明解决了无法通过自然材料直接获取涡旋光的问题，并基于该技术成功赋予涡旋光场特定偏振特性。将具有二向色特征的有机分子材料放置在两玻璃材质的透明片材中间，形成“三明治”结构；采用适当的加热/冷却处理，二向色有机分子材料发生熔融/结晶，并在结晶后的材料中获得球晶结构。将一定波长的单色光或多色光作为入射光，通过特定光学元件后使其转变为圆偏光。将该具有圆偏振特性的入射光入射至球晶结构，入射光斑中心与二向色球晶中心重合，所获得的出射光为涡旋光。本发明所提出的产生涡旋光的方法，具有如下优势：材料来源丰富、普遍适用性强、宽带可用、方便高效、成本低廉等。

技术领域

本发明涉及一种螺旋相位光场的产生技术，尤其是关于基于有机分子二向色球晶产生具有特定偏振状态矢量涡旋光的技术，更具体涉及一种基于有机分子二向色球晶产生涡旋光的方法。

背景技术

涡旋光属于结构光场领域，其等相位面为螺旋形。涡旋光的相位因子包含一个方位角项eⁱⁿφ，其中φ为方位角大小，n表示拓扑荷数，即沿波矢方向的垂直截面内相位变化2πn。由于光束中心相位不确定，所以涡旋光的中心强度为零。涡旋光中螺旋的相位分布引入轨道角动量。利用涡旋光的轨道角动量，可以制备光镊；利用轨道角动量复用，可以大幅提升光通信的传输容量。此外，涡旋光在量子计算领域和超分辨成像领域也显示出极大的应用价值。

目前，研究者已经探索了多种产生矢量涡旋光的方法。利用厚度具有螺旋变化的螺旋相位片，可以对高斯光进行相位整形，使透射光/反射光的相位改变与方位角成正比，从而获得螺旋形波前。不过，该方法对加工精度的要求很高。利用计算全息技术，获得目标涡旋光与参考平面波的倾斜干涉图案，并将该干涉图案记录下来形成“叉形光栅”结构。将高斯光照射到该“叉形光栅”后，便能够获得一系列螺旋方向相反的涡旋光，且不同衍射级的拓扑荷数不同。此外，空间光调制器可以利用液晶的电光效应对入射光的波前进行调控，来获得所需的涡旋光。但是空间光调制器的像素点较大，导致光束的转换效率低，且价格昂贵。除了上述方法，通过设计超表面也可以对波前相位进行调控，获得不同拓扑荷的涡旋光。此外，还可以通过环形谐振腔，直接产生涡旋光。尽管上述方法能够用于涡旋光的产生，但是这些方法多涉及到复杂的微纳加工工艺，且难以兼顾带宽、成本、可靠性与效率等。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡旋光场的产生方法，该方法具有广泛适用性、成本低廉、工艺简单、可靠性高、宽带可用等优点。

本发明所提供的涡旋光场的产生方法，为：基于自然有机分子球晶结构产生涡旋光场。

具体地，本发明的涡旋光场的产生方法，包括如下步骤：

1)选用二向色有机分子纯材料或含有二向色有机分子的混合材料或由多种有机分子单体组成的二向色材料为原材料；

2)将上述原材料放置在玻璃片(载玻片)上，升温处理，待温度达到一设置值后，有机分子熔融；

3)将另一玻璃片(盖玻片)覆盖至熔融的样品表面，形成“三明治”结构；

4)将上述“三明治”结构进行降温处理，有机分子在降温过程中发生结晶，从而在结晶后的有机分子薄膜中引入球晶结构，得到含有二向色球晶结构的有机薄膜；

5)用一定波长的单色或多色圆偏光照射上述二向色球晶，且保证光斑中心与球晶中心重合，得到的透射光即为含有轨道角动量的涡旋光。

上述方法步骤1)中，所述原材料显示出强的二向色性，即该原材料结晶后对某一对正交偏振光显示强各向异性吸收，某一偏振方向为强吸收，而另一偏振方向为相对较弱吸收；

所述二向色有机分子包括但不限于：偶氮型二向色分子、蒽醌类、萘酰亚胺类二向色分子。