一种基于全息光栅的新型光学轨道角动量模式切换器

近日，中科院上海光机所薄膜光学实验室提出一种基于复用体全息光栅的新型光学轨道角动量模式切换器，相关研究成果以“Optical vortex switch based on multiplexed volume gratings with high diffraction efficiency”为题发表于Optics Express。 携带轨道角动量(OAM)的涡旋光具有特殊的螺旋波前结构，被广泛应用在自由空间光通信、光镊等系统中，其具有可调谐的轨道角动量，以及更紧凑、更高转换效率、更宽工作波长的优势。和低偏振依赖性的OAM模式转换器件在应用系统中更具备优势，同时也面临更大的挑战。

研究团队基于体全息光栅的可复用性、高衍射效率、低偏振依赖性、优良的波长和角度选择性，结合高功率激光单元技术实验室自研的全息记录材料——光敏热折变玻璃(PTR)的高环境稳定性和高抗损伤阈值的优势，提出了一种新型的光学涡旋切换器。这种切换器通过改变入射基模高斯光的相对角度，在一级衍射光处完成OAM模式的调制和切换。

经实验制备出了OAM按照-1，0，+1变化的六通道OAM切换器，并使用研究团队自研的OAM边缘衍射的探测方法验证了各通道衍射光的模式(相关研究发表在Chinese Optics Letters上)。制备的OAM模式切换器在入射激光发散角为96 μrad时，所有通道的衍射效率均超过92.68%，角度选择性均小于1.5 mrad。同时通过理论和实验分析了衍射效率和衍射光强分布的偏振依赖性，证明了其偏振不敏感的特性。这种OAM模式切换器在光镊、光通信、高功率光束整形和合束等领域中具有广阔的应用前景。

图 1. 六通道OAM模式切换器工作原理

图 2. OAM模式切换器各通道的(a)转换效率角度谱;(b)偏振角α与衍射效率的关系;(c)初始衍射及其边缘衍射光斑形貌 本研究工作得到了国家自然科学基金、上海市战略性新兴产业发展专项和国家重点研发计划的支持。

审核编辑：汤梓红