[发明专利]涡旋光阵列系统

说明书

本发明提供一种涡旋光阵列系统，包括：第一可调光分束器、相位控制器阵列、光栅阵列、偏振滤波器。第一可调光分束器将接收到的激光光束分为N路光束，N路光束进入相位控制器阵列进行相位调制，调制后的光束进入光栅阵列后进行相互干涉形成涡旋光阵列。利用本发明系统所产生的涡旋光阵列，能够实现涡旋光的阶次可调谐，并且将涡旋光的产生模块和检测模块集成到一片芯片上，缩小了整体产生和检测涡旋光阵列系统的体积。

技术领域

本发明涉及半导体芯片技术领域，具体涉及一种涡旋光阵列系统。

背景技术

涡旋光束(Vortex Beam,VB)是具有螺旋型相位波前和相位奇点的光束。它在大容量光通信，超分辨率光成像，光学微操控等领域有着广泛的应用，是现代光学研究的热点之一。

涡旋光阵列(VB Arrays)又称为涡旋光束晶格(VB Lattices)，或涡旋光束网络(VB network)，它是指在一个系统中同时生成多路涡旋光束，在接收屏上表现为：涡旋光束按照一定的位置规律排布的形式。相比单个涡旋光束，涡旋光阵列具有更广泛的应用。例如，涡旋光阵列的移动已经被应用于小角度旋转测量，小线性位移测量，三维扫描干涉测量等领域。此外，涡旋光阵列在微光机械泵、微光刻和量子处理的过程中也存在广泛的应用。涡旋光阵列的应用依赖于高质量涡旋光阵列的产生。目前产生涡旋光阵列的方法主要有干涉法、螺旋相位滤波法、计算全息法等。其中，干涉法的光路一般比较复杂，需要精密调整，不容易稳定，在实际产生涡旋光阵列时有诸多的不便。螺旋相位滤波法对螺旋相位板的表面质量要求比较高，加工制作比较困难。另外几种方法依赖于大量笨重的衍射光学元件、并拥有相对较大的体积和较长的工作距离，不利于涡旋光阵列生成器件的小型化和集成化。因此，发展一种尺寸小，可集成，能大规模生产的涡旋光阵列发射器件和涡旋光阵列检测器件是将涡旋光阵列应用在更广领域的必要条件。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，本发明提供一种涡旋光阵列系统。

一种涡旋光阵列系统，包括：第一可调光分束器、相位控制器阵列和光栅阵列；所述第一可调光分束器将接收到的激光光束分为N路光束，所述N路光束进入所述相位控制器阵列进行相位调制，调制后的光束进入所述光栅阵列后进行相互干涉形成涡旋光阵列。

所述光栅阵列包括M个光栅，M为≥3的正整数；其中M个光栅中包括至少一个主光栅，所述M个光栅中除所述主光栅以外的光栅以所述主光栅的方向为轴对称分布设置，并且所述M个光栅衍射的光均在同一点发生干涉。

进一步地，所述第一可调光分束器为马赫-曾德尔干涉仪阵列，所述马赫-曾德尔干涉仪阵列包括N个马赫-曾德尔干涉仪，每个所述马赫-曾德尔干涉仪包括依次连接的光分束器、相位控制器、光混合器；所述激光光束进入所述光分束器进行分束，分束后的N路光束依次通过所述相位控制器、所述光混合器后调节成不同相位、光强度的光束。

进一步地，所述相位控制器阵列中的每个相位控制器和所述马赫-曾德尔干涉仪阵列中的每个相位控制器均为热光效应的相位控制器或载流子色散效应的相位控制器。

进一步地，所述光栅阵列中光栅的数量为(n+1)(n+2)/2，以产生n阶涡旋光阵列；

光栅阵列干涉后所产生的电场强度为：

其中E为电场强度，n为涡旋光的阶数；k为标量波矢，k＝2π/λ；为矢量形式坐标；i为虚数单位；λ为激光光束的波长；p为求和序号。

进一步地，所述光栅阵列中光栅的数量为n(n+1)(n-1)/6+n(n+2)，以产生可调谐的n阶涡旋光阵列。

进一步地，还包括偏振滤波器，所述偏振滤波器为金属光栅；所述涡旋光阵列进入到所述偏振滤波器进行滤波处理，获得不同偏振态的涡旋光阵列。

进一步地，所述金属光栅的材料为金、银、铜、铝、钛其中的任意一种金属或几种混合的合金。