CN115016046B - 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 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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；
步骤S2：检查步骤S1中搭建的光路系统中的SBN晶体是否干净以及是否放置准确位置，并再次确认SBN晶体的前后表面位置；检查空间光调制器是否可以正常加载测试模板，所述测试模板为控制空间光调制器5的操控系统中自带多种测试模板，任意选择其中一个模板并加载在空间光调制器(SLM)的液晶屏幕上；
步骤S3：关闭室内灯光，保持黑暗环境以确保SBN晶体能够正常写入光波导；
步骤S4：打开激光器，激光器发出的激光经过准直扩束单元和第一双胶合消色差透镜组成的扩束系统产生平面波；平面波经过扩束系统后的第一分光棱镜照射到所述空间光调制器上，进而实现预先模板的调制；
步骤S5：将构造好的光束图样照射在SBN晶体的前表面，从前表面到后表面的过程中，通过成像系统检查图样模板基本保持不变；
其中，预先模板为权利要求1或权利要求2中所述拓扑光子微结构的图样模板，根据计算机和SLM调节相位以及振幅等光信息构造所述图样模板。
优选地，其进一步包括步骤S6：旋转第一半波片调节写入光为o光。进一步地，基于频谱空间的光束调控制备光子微结构的方法进一步包括步骤S7：在光束图样照射SBN晶体同时，打开高压直流电源，在非线性作用下受到相位调制的光束在SBN晶体中形成光波导；通过调控空间光调制器上图样模板的相位关系，等间隔地产生不同横向位置整列光束，来控制写入光束的相对位置。
更进一步地，基于频谱空间的光束调控制备光子微结构的方法进一步包括步骤S8：在所制备的光子微结构完成之后，关闭高压直流电源，降低光强到微瓦级别，将平面波相位模板加载到空间光调制器上，撤掉第四双胶合消色差透镜。
相比较现有技术，本发明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具有以下有益效果：
1、本发明稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构制备方法及其拓扑光子微结构,不仅能够稳定传导低阶涡旋光束(拓扑核为1)，而且可以支持高阶涡旋光束(拓扑核为2)。
2、本发明稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构利用高阶拓扑缺陷态模式的拓扑保护特性，能够有效解决涡旋光束传输过程的不稳定性。
3、本发明稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构在不破坏其拓扑相的微扰下具有稳定传导涡旋光束的鲁棒性，只需在满足体系的旋转对称性以及体内拓扑极化的条件下，就可以实现稳定传输不同拓扑核的涡旋光束。
4、依据本发明拓扑光子微结构所组成的谐振腔，其光学特性基本和形状无关，并且对一些加工上的瑕疵都具有很强的免疫力，本发明稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构所制作的受拓扑保护的谐振腔非常适用于激光场景应用。
附图说明
图1为依据本发明方法制造的两种具有C3对称性的拓扑光子微结构示意图；该两种微结构都具有C3对称性和拓扑的物理本质；
图2为依据本发明方法制造的Ring-SSH环形光子微结构示意图；
图3为依据本发明方法制备微米级别拓扑光子微结构的光路系统示意图；
图4为依据本发明方法制备微米级别拓扑光子微结构的实验操作步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例图中的设计方案，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体实验方法或具体参数。
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的制备方法，其利用拓扑保护为涡旋光光束提供稳定传输，其是发展涡旋光子器件的关键技术。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，而且对一些器件加工上的器件瑕疵都具有很强的免疫力，所以这种受拓扑保护的谐振腔非常适合做激光器。这种受拓扑保护的谐振腔，也是传递量子与信息的涡旋器件的关键技术。
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，其为依据本发明方法制造的两种具有C3对称性的拓扑光子微结构示意图。该两种微结构都具有C3对称性和拓扑的物理本质，是具有稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构。图1左侧图示出的能够稳定传导拓扑核的微结构1，图1右侧图示出能够稳定传导拓扑核的微结构2，其共同点为都具有C3对称性和拓扑的物理本质，左边的微结构模型更加清晰简化，直接表明其对称本质；图1右边的微结构模型是具有和图1左边模型相同对称性的高阶拓扑模型。本发明稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构制备方法及其拓扑光子微结构,不仅能够稳定传导低阶涡旋光束(拓扑核为1，右拓扑核)，而且可以支持高阶涡旋光束(拓扑核为2，左拓扑核)。
如图2所示，其为依据本发明方法制造的Ring-SSH环形光子微结构示意图，Ring-SSH环形光子微结构为Ring-SSH环形光子微结构，该环形光子微结构支持任意阶的涡旋光束。在图2所示的Ring-SSH环形光子微结构，其以SBN非线性晶体为基底，利用其光折变非线性的特点，即在外加电场条件下，利用已经设计好的无衍射光束(弱光，功率约为mw级别)，通过按照一定轨迹的扫描诱导出具有图1或图2所示的光子晶格微结构。该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。进一步地，光子晶格微结构模板的构造是通过计算机将模板加载到SLM液晶面板上，其光子晶格微结构模型的设计为图1或图2所示，进而在SBN中诱导出该模型。
如图3所示，其示出依据本发明方法制备微米级别拓扑光子微结构的光路系统。本发明的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构的光路系统包括激光器1、准直扩束单元2、第一双胶合消色差透镜3(焦距优选为200mm)、狭缝4、空间光调制器5、第一分光棱镜6、第二双胶合消色差透镜7(焦距为优选150mm)、傅里叶面8、第一半波片9、第三双胶合消色差透镜10(焦距优选为300mm)、第四双胶合消色差透镜11(焦距优选为100mm)、SBN晶体12、第五双胶合消色差透镜13(焦距优选为100mm)、第二分光棱镜14、第一反射镜15和第二反射镜18、第六双胶合消色差透镜16(焦距为优选100mm)、第二半波片17、照相机19和高压直流电源20。
激光器1，其用于发出激光，本优选实施例中采用532nm的固体激光器；
准直扩束单元2，位于激光器1的后面。激光器发出的光通过准直扩束单元2产生质量较好的点光源光束；
第一双胶合消色差透镜3，位于准直扩束单元2的后面。经过装置2的光束呈现以点为圆心的扩散光束，装置3将其转化为准平面波，从而保证光束的等相位为平行的平面，便于后期空间光调制器5对光束进行相位调制，其焦距优选为200mm；
狭缝4，位于第一双胶合消色差透镜3的后面，用于滤除来自其他位置反射的杂光；
空间光调制器5，位于与激光器1所在光路的垂直方向的最左端。其用于对来自激光器1的光源进行相位调制，从而产生阵列光与探测光；
第一分光棱镜6，位于激光器1所在的光路和空间光调制器5所在的光路交叉点处，用于等能量的分离光束，分别为沿着激光器1的光束与沿着空间光调制器5的光束；
第二双胶合消色差透镜7，位于第一分光棱镜6的后面。其用于将经过空间光调制器的光束转化为傅里叶空间，其焦距优选为150mm；
傅里叶面8，位于第二双胶合消色差透镜7的焦点处，其用于滤波，选出被调制的光束；
第一半波片9，位于傅里叶面8的后面。其用于改变光束的偏振特性；
第三双胶合消色差透镜10，位于第一半波片9的后面，与第四双胶合消色差透镜11构成4F系统，其用于缩小光束的作用，其焦距优选为300mm；
第四双胶合消色差透镜11，与第四双胶合消色差透镜11构成4F系统，其用于缩小光束的作用，其焦距优选为100mm；
SBN晶体12，位于第四双胶合消色差透镜11的焦距附近，SBN晶体12是光子微结构制备的基底；
第五双胶合消色差透镜13，位于SBN晶体12的后面，其与照相机19组成呈像系统，用于观测所构造的光子微结构，其焦距优选为100mm；
第二分光棱镜14，位于第五双胶合消色差透镜13的后面，用于合并光束；
第一反射镜15，位于最下面一条光路的最左端；其用于反射光束；
第二反射镜18，位于最下面一条光路的最右端；其用于反射光束；
第六双胶合消色差透镜16，位于最下面一条光路的中间位置；其用于将光斑变大；其焦距优选为100mm；
第二半波片17，位于第六双胶合消色差透镜16的后面；其用于改变光束的偏振特性；
照相机19，位于该光路系统的末端，其用于收集呈像信息；
高压直流电源20，位于光路之外，需用电线将正负电极连接晶体正负两极，写格子时打开该装置。
在如图3所示的光路系统中的组成部件及参数为优选参数，其也可以根据实际情况，进行调整。
进一步地，本发明方法采用空间光调制器(SLM)5，在优选实施例中，所述空间光调制器(SLM)5采用反射式纯相位型空间光调制器。通过反射式纯相位型空间光调制器，光学函数和信号可以直接根据设计或像元通过计算机显示出来，采用图像卡输出的DVI或HDMI(优选采用HDMI)信号，通过电寻址方式调节。进一步地，本优选实施例中，SLM设备像素大小为8um，相面尺寸为15.36mm×8.64mm,相位调节范围在0～5.3π左右，其适用于420～1100纳米的激光。在另外实施例中，通过包括一个相位调制的液晶板来设置上述各种参数的设置或调整，例如将预先设计相位图加载到液晶面板上时，液晶面板对垂直界面入射的激光的相位进行调制，从而对激光加载螺旋涡旋光的相位。在其他实施例中，空间光调制器(SLM)也可以采用相位或者振幅进行调节。图3中的傅里叶面8构成傅里叶空间：光束受到空间光调制器5的相位调制，经过第二双胶合消色差透镜7的傅里叶变换聚焦在傅里叶面8上，将振幅和相位已调制好的模板加载在空间光调制器5上，根据SLM和所构造光束的特点，其在傅里叶面产生多个级次的光束，选出预先已经被调控好的光束进行滤波，除去其他杂光。
基于本发明中的SBN晶体各向异性以及非线性等特点，在SBN晶体中写入波导的光束为正常光，探测光为非正常光，利用图1中的第一半波片9在写入过程中根据所需控制图1中的第一半波片9的偏振特性。
第三双胶合消色差透镜10和第四双胶合消色差透镜11构成4F滤波系统，4F滤波系统主要作用是缩小所构造的光束，在本实例中缩小倍数为3倍。
图3中SBN晶体12，其尺寸大小为(a)5mm×(b)20×(c)5mm,其中(a)、(b)、(c)分别代表SBN晶体的长、宽和高；掺杂CeO2：0.002％；SBN晶体六个表面抛光且全部无涂料，呈现透明玻璃材质的颜色；SBN晶体的上下表面涂有碳电极，外加电场可通过涂有碳电极的两端施加在SBN晶体上；外加电场的施加范围优选为800V/cm-300V/cm。
图3中的第五双胶合消色差透镜13和照相机19构成成像系统，通过移动第五双胶合消色差透镜13将SBN晶体前后表面的信息呈现在照相机19中，进而将光信息转化成电学信息呈现在电脑软件中进行观测。
本发明的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构的用途及功能如下：其基于光子晶格平台，同样适用于其他平台，包括但不限于声学、极化激元等离子体、微腔等基础物理平台。本发明的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构可以具有不同对称性的拓扑波导模型，进而实现稳定传导不同拓扑核阶数的涡旋光束，其适应于涡旋器件小型化过程中“稳定传导涡旋”；并且本发明的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构在不同拓扑核涡旋光束传导过程中免受瑕疵、杂质以及缺陷的影响。
稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构不仅能够稳定传导低阶涡旋光束(如图1所示的拓扑核为1)，而且可以支持高阶涡旋光束(如图1所示的拓扑核为2)。稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构具备C3对称性(或者圆对称)以及体极化拓扑特征。稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构利用合成维度在体内构造出具有C3对称性(或者圆对称)保护的高阶拓扑缺陷态，利用高阶拓扑缺陷模式实现拓扑光腔中不同模式的稳定传导。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种利用合成维度在体内构造出具有C3对称性(或者圆对称)保护的高阶拓扑缺陷态，利用高阶拓扑缺陷模式实现拓扑光腔中不同模式的稳定传导；其传导同时免受杂质、缺陷等影响，具有一定的鲁棒性；
依据本发明制造的C3对称性拓扑光子微结构如图1所示，其不仅能够稳定传导低阶涡旋光束(如图1所示的拓扑核为1)，而且可以支持高阶涡旋光束(如图1所示的拓扑核为2)，而一般周期性的光子晶格根本无法支撑高阶拓扑涡旋模式甚至是普通涡旋模式。
依据本发明制造的Ring-SSH环形对称性的拓扑光子微结构如图2所示，其可以支持任意阶的拓扑涡旋模式，具有更高的兼容性，为拓扑涡旋光束的传导提供了保证。
本发明提供一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构制备方法，具体参见附图4，其包括以下步骤：
步骤S1：搭建图3中所示光路系统；光束从激光器1出发，经过准直扩束单元2、空间光调制器5、第二双胶合消色差透镜7、4F滤波系统(由第三双胶合消色差透镜10和第四双胶合消色差透镜11构成4F滤波系统)、SBN晶体12最终照射到成像系统(由第五双胶合消色差透镜13和照相机19构成成像系统)中；
步骤S2：检查步骤S1中搭建的光路系统中的SBN晶体是否干净以及是否放置准确位置，并再次确认SBN晶体12的前后表面位置；检查空间光调制器5是否可以正常加载测试模板，所述测试模板为控制空间光调制器5的操控系统中自带多种测试模板，任意选择其中一个模板并加载在SLM的液晶屏幕上；若可以，则打开控制空间光调制器5的操控软件(本实施例中优选为HOLOEYE Photonics AG–EDID Device Detection)，准备工作；
步骤S3：关闭室内灯光，保持黑暗环境以确保SBN晶体能够正常写入光波导；其黑暗程度大概为0.003～0.0007LUX；
步骤S4：打开激光器1，激光器1发出的激光经过准直扩束单元2(优选针孔型空间滤波器2)和第一双胶合消色差透镜3组成的扩束系统产生平面波；平面波经过扩束系统后的第一分光棱镜6照射到所述空间光调制器5上，进而实现预先模板的调制；预先模板为图1或者2所示的图样模板，根据计算机和SLM调节相位以及振幅等光信息构造所述图样模板；
步骤S5：将构造好的光束图样照射在SBN晶体的前表面，从前表面到后表面的过程中，通过成像系统检查图样模板基本保持不变；
步骤S6：旋转第一半波片9调节写入光为o光即寻常光(是一种线偏振光，其中o光在晶体中传播时，不管光从哪个方向入射，折射率都是固定不变的，表现出各向同性的性质；而e光其振动方向与o光垂直，导致朝向不同方向传播时，会出现不同的折射率)，增大光强到mw级别；
步骤S7：在光束图样照射SBN晶体同时，打开高压直流电源20(位于光路之外，需用电线将正负电极连接晶体正负两极，当开始准备制备光子晶格时打开高压直流电源20)，在非线性作用下，受到相位调制的光束在SBN晶体中形成光波导；通过调控空间光调制器上模板的相位关系(利用MATLAB根据图1或者图2所示的晶格构造生成多个不同位置的波导光束模板，每一个波导光束模板都代表形成晶格的某一个波导光束，它们具有不同的位置，将这些波导光束模板加载到控制空间光调制器5的软件“HOLOEYE Photonics AG–EDID DeviceDetection”中)，等间隔地产生不同横向位置整列光束，来精准控制写入光束的相对位置(对应于图1或者图2的中心缺陷处的光波导“相对位置”)。本步骤采用“逐根波导”的方式在SBN晶体中制备最终的光子微结构；
步骤S8：在所制备的光子微结构完成之后，关闭高压直流电源，降低光强到uw(微瓦)级别，将平面波相位模板加载到空间光调制器上，撤掉第四双胶合消色差透镜11；
步骤S9：旋转第一半波片9调节探测光为e光即非寻常光(是一种线偏振光，其振动方向与o光垂直，导致朝向不同方向传播时，会出现不同的折射率)，平面波通过第二双胶合消色差透镜7、第三双胶合消色差透镜10以及狭缝8和第一半波片9照射到SBN晶体上，成像系统将光子晶格信息传递给计算机；
步骤S10：通过计算机观测该光子晶格，若其呈现较为均匀的分布且图案清晰、无明显变形和缺陷，则所制备的光子晶格微结构视为较理想情况，接下来即可利用空间光调制器设计构造涡旋光束进行探测。
优选地，所述光子微结构的制备过程中，光束的偏振方向优选相对于SBN：61的晶轴c轴旋转45°，以减弱晶体的各向异性对波导制备的影响。
优选地，所述空间光调制器可采用反射式纯相位型空间光调制器，优选高分别率，不低于1920*1080；或者选用反射式纯振幅调制空间光调制器与纯相位型空间光调制器的结合、反射式振幅兼相位空间光调制器中的任意一种方案。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构，其特征在于，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；
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。
2.根据权利要求1所述的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构，其特征在于，诱导光子晶格微结构的无衍射光束其功率为毫瓦级弱光。
4.根据权利要求1所述的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构，其特征在于，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。
5.一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，其用于制备权利要求1所述的稳定传输不同拓扑核涡旋光束的拓扑光子微结构，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S1：搭建光路系统；
步骤S2：检查步骤S1中搭建的光路系统中的SBN晶体是否干净以及是否放置准确位置，并再次确认SBN晶体的前后表面位置；检查空间光调制器是否可以正常加载测试模板，所述测试模板为控制空间光调制器的操控系统中自带的多种测试模板，任意选择其中一个测试模板并加载在空间光调制器的液晶屏幕上；
步骤S3：关闭室内灯光，保持黑暗环境以确保SBN晶体能够正常写入光波导；
步骤S4：打开激光器，激光器发出的激光经过准直扩束单元和第一双胶合消色差透镜组成的扩束系统产生平面波；平面波经过扩束系统后的第一分光棱镜照射到所述空间光调制器上，进而实现预先模板的调制；
步骤S5：将构造好的光束图样照射在SBN晶体的前表面，从前表面到后表面的过程中，通过成像系统检查图样模板基本保持不变；
所述光路系统包括激光器、准直扩束单元、第一双胶合消色差透镜、狭缝、空间光调制器、第一分光棱镜、第二双胶合消色差透镜、傅里叶面、第一半波片、第三双胶合消色差透镜、第四双胶合消色差透镜、SBN晶体、第五双胶合消色差透镜、第二分光棱镜、第一反射镜和第二反射镜、第六双胶合消色差透镜、第二半波片、照相机和高压直流电源；
激光器，其为用于发出激光的固体激光器；
准直扩束单元，位于激光器的后面，激光器发出的光通过准直扩束单元产生点光源光束；
第一双胶合消色差透镜，位于准直扩束单元的后面；经过准直扩束单元的光束呈现以点为圆心的扩散光束，第一双胶合消色差透镜将其转化为准平面波，从而保证光束的等相位为平行的平面，便于后期空间光调制器对光束进行相位调制，其焦距优选为200mm；
狭缝，位于第一双胶合消色差透镜的后面，用于滤除来自其他位置反射的杂光；
空间光调制器，位于与激光器所在光路的垂直方向的最左端；其用于对来自激光器的光源进行相位调制，从而产生阵列光与探测光；
第一分光棱镜，位于激光器所在的光路和空间光调制器所在的光路交叉点处，用于等能量的分离光束，分别为沿着激光器的光束与沿着空间光调制器的光束；
第二双胶合消色差透镜，位于第一分光棱镜的后面，其用于将经过空间光调制器的光束转化为傅里叶空间；
傅里叶面，位于第二双胶合消色差透镜的焦点处，其用于滤波，选出被调制的光束；
第一半波片，位于傅里叶面的后面，其用于改变光束的偏振特性；
第三双胶合消色差透镜，位于第一半波片的后面，与第四双胶合消色差透镜构成4F系统，其用于缩小光束的作用；
第四双胶合消色差透镜，与第四双胶合消色差透镜构成4F系统，其用于缩小光束的作用；
SBN晶体，位于第四双胶合消色差透镜的焦距附近，SBN晶体是光子微结构制备的基底；
第五双胶合消色差透镜，位于SBN晶体的后面，其与照相机组成呈像系统，用于观测所构造的光子微结构；
第二分光棱镜，位于第五双胶合消色差透镜的后面，用于合并光束；
第一反射镜，位于最下面一条光路的最左端，其用于反射光束；
第二反射镜，位于最下面一条光路的最右端，其用于反射光束；
第六双胶合消色差透镜，位于最下面一条光路的中间位置；其用于将光斑变大；
第二半波片，位于第六双胶合消色差透镜的后面；其用于改变光束的偏振特性；
照相机，位于该光路系统的末端，其用于收集呈像信息；
高压直流电源，位于光路之外，需用电线将正负电极连接晶体正负两极，写格子时打开高压直流电源。
6.根据权利要求5所述的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，其特征在于，预先模板为权利要求1中所述拓扑光子微结构的图样模板，根据计算机和SLM调节相位以及振幅等光信息构造所述图样模板。
7.根据权利要求6所述的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，其特征在于，其进一步包括步骤S6：旋转第一半波片调节写入光为o光。
8.根据权利要求7所述的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，其特征在于，其进一步包括步骤S7：在光束图样照射SBN晶体同时，打开高压直流电源，在非线性作用下受到相位调制的光束在SBN晶体中形成光波导；通过调控空间光调制器上图样模板的相位关系，等间隔地产生不同横向位置整列光束，来控制写入光束的相对位置。
9.根据权利要求8所述的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，其特征在于，其进一步包括步骤S8：在所制备的光子微结构完成之后，关闭高压直流电源，降低光强到微瓦级别，将平面波相位模板加载到空间光调制器上，撤掉第四双胶合消色差透镜。
10.根据权利要求5所述的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，其特征在于，第一双胶合消色差透镜的焦距为200mm，第二双胶合消色差透镜的焦距为150mm。
11.根据权利要求10所述的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，其特征在于，第三双胶合消色差透镜的焦距为300mm，第四双胶合消色差透镜的焦距为100mm，第五双胶合消色差透镜的焦距为100mm，第六双胶合消色差透镜的焦距为100mm。
12.根据权利要求5所述的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，其特征在于，空间光调制器采用反射式纯相位型空间光调制器。
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| CN110727047A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-24 | 中国科学院物理研究所 | 二维拓扑光子晶体腔及其设计方法和在激光器中的应用 |
| CN111443422A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-07-24 | 中国科学院物理研究所 | 拓扑光子晶体光纤、光纤预制棒、及其制造方法 |
| JP2021193437A (ja) * | 2020-06-09 | 2021-12-23 | 国立大学法人東京工業大学 | 非磁性の導波路型アイソレータ |
| CN114019690A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 浙江大学 | 产生任意阶光学涡旋阵列和带缺陷有限光晶格的光学系统 |
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