[发明专利]一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构及其制备方法，所制备的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构具有C₃对称性或者圆对称保护的高阶拓扑缺陷态，拓扑光子微结构基于光子晶格体系。使用本发明方法制备的拓扑光子微结构所组成的谐振腔，其在满足基本对称性下具有较大的容错性，而且对器件加工上的瑕疵都具有很强的免疫力，因此这种受拓扑保护的谐振腔非常适合做激光器。

技术领域

本发明属于涡旋光子器件技术领域，具体涉及一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构及其制备方法，所述拓扑光子微结构适用于拓扑涡旋光学腔和与涡旋有关的量子信息传导。

背景技术

1990年Coullet等人提出激光腔中存在一种与超流体涡旋类似的特殊光场，其具有环形光强分布且相位为螺旋型波前结构，这类光束被称为可调谐涡旋光束。迄今为止，可调谐涡旋光束已经在科技研究中产生了巨大的先进应用，如光镊、高阶量子纠缠和非线性光学。

在可调谐涡旋光束研究中，为提高数据复用能力以满足大数据和互联网流量信息的空前增长，光涡旋技术提供了一种很有前途的解决方案。在光涡旋技术中，光子晶体为光提供了新的自由度，光子晶体可适用于光学操作、对映体选择性传感、显微技术等成像和光通信中。高阶拓扑涡旋光束可以为光通信和量子信息处理中的数据传输提供更多的通道。由体积庞大的光学元件组成的台式光学系统，虽然可以稳定地实现涡旋光束的产生和检测，但光子OAM的许多实际应用都需要将光学系统缩小到片上器件来形成光纤。为了实现将光学系统缩小到片上器件来形成光纤的目标，光的相位奇点在多个维度上引起了相当大的关注，并且涡旋发生器和探测器被期望实现在微米以及纳米尺度的紧凑型纳米光子器件。

在涡旋器件小型化成为社会的发展需求下，在实际空间中片上须达到微或纳米级别，并具有静态的轨道角动量。目前为止，研究者们虽然可以在不同维度产生涡旋光束，例如模式转化方法、螺旋相位板、Q-板等等；但是一直没有实现稳定传输涡旋光束的关键技术步骤，也就是一直没有解决作为传输信息关键点“如何稳定传输涡旋光束”这个问题。其原因在于：高阶涡旋光束在传输过程中极易分解为多极子，现有光子晶格无法稳定的支持这些拓扑涡旋模式的传导，进而限制了光子器件的稳定性。

发明内容

基于现有技术中存在的上述技术难题，本发明提出一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构及其制备方法，该拓扑光子微结构在体内利用合成维度构造出具C₃对称性(或者圆对称)保护的高阶拓扑缺陷态，利用高阶拓扑缺陷态来实现拓扑光腔中不同模式的稳定传导。

依据本发明的技术方案的第一方面，提出一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构，所述稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构具有C₃对称性或者圆对称保护的高阶拓扑缺陷态，所述拓扑光子微结构具有光子晶格微结构。

其中，拓扑光子微结构为Ring-SSH环形光子微结构，该环形光子微结构型支持任意阶的涡旋光束。

进一步地，Ring-SSH环形光子微结构以SBN非线性晶体为基底，在外加电场条件下，利用无衍射光束通过按照一定轨迹的扫描诱导出的光子晶格微结构。

优选地，无衍射光束为功率为毫瓦级弱光。

更优选地，光子晶格微结构的折射率调制为10^-4～10^-3量级，该光子微结构的中心缺陷波导支持涡旋光束的稳定传输。

依据本发明的技术方案的第二方面，提出一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构的制备方法，其包括以下步骤：

步骤S1：搭建光路系统；