光纤端面平面型螺旋相位板设计

章杰侈，夏长权，高 锐

(1.江苏信息职业技术学院 电子信息工程学院，江苏 无锡 214000； 2.扬州大学 a.物理科学与技术学院；b.信息工程学院，江苏 扬州 225002； 3．中国科学院 上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室，上海 201800)

0 引 言

光通信是现有通信传输网络采用的主流技术，传统光通信技术采用波分复用、时分复用和偏振复用等方式来提高光的波长、时间和偏振资源维度的利用率[1]，提升了信道传输速率。但目前对这些资源维度的利用基本达到了极限。为了进一步提升光通信系统容量，充分挖掘光的空间域资源维度已成为当前的研究热点。

涡旋光束具有exp(ilθ)(i为虚数单位；l为拓扑荷数；θ为方位角)相位因子的螺旋型相位波前，每个光子携带lh大小的轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)[2]，h为约化普朗克常数，由于OAM涡旋光束允许在相同频率上使用不同OAM模式同时进行信息的收发，能够有效提升光通信系统传输速率，因此近年来已成为光通信领域的研究热点[3-4]。

目前，OAM涡旋光束的常用产生方案有螺旋相位板(Spiral Phase Plate，SPP)法[5]、空间光调制器法[6]、超表面法[7]、光纤耦合转换法[8]以及微环谐振器法[9]等。其中，SPP法具有转换效率高、频带宽、结构紧凑和性价比高等优点，是目前最常用的OAM涡旋光束产生方法。

本文分析了传统SPP法的工作原理，以及其在光纤端面上制作时存在的不足，提出了一种通过在光纤端面上制作平面型SPP来产生涡旋光束的设计方案，并对该方案进行了理论分析和仿真验证。

1 光纤端面平面型SPP

1.1 阶梯型SPP

阶梯型SPP是一块具有恒定折射率的透明介质材料板，其一端具有规则的平面结构，另一端采用旋转台阶不规则螺旋面结构，如图1所示。……