利用具有高热稳定性和抗损伤阈值的光学相位叉光栅，实现高效的光学涡旋生成与操控

《Laser & Photonics Reviews》：High-Efficiency Generation and Manipulation of Optical Vortex by Geometric Phase Fork Gratings with High Thermal Stability and Damage Threshold

光学涡旋束的高效生成与调控技术。激光写入的硅酸盐玻璃几何相位分叉光栅在515nm处实现98.4%的高效涡旋束生成，通过调节光栅周期和拓扑电荷（l=1-100）可同步控制涡旋束的拓扑电荷、直径和衍射位置，工作波段覆盖450-690nm，热稳定性达800°C，光学损伤阈值接近纯石英玻璃。该技术为OAM光子学发展提供可扩展宽带平台。

　　

摘要

携带轨道角动量（OAM）的光学涡旋光束在光通信、粒子操控和量子信息处理等领域具有广泛应用前景。然而，使用单一紧凑元件高效生成和操控涡旋光束（尤其是在可见光范围内）仍然是一个挑战。在这里，我们展示了在二氧化硅玻璃中制作的激光写入几何相位叉形光栅，该光栅能够实现涡旋光束的同时生成和传播控制，效率高达98.4%（在515纳米波长下）。通过调整相位梯度周期和拓扑电荷（l = 1–100），我们可以实现对涡旋光束的拓扑电荷、直径和衍射位置的可调控制。所制备的光栅在450至690纳米的宽光谱范围内均保持了高效率。此外，我们还证明了入射涡旋光束与叉形光栅之间的自旋-轨道耦合，验证了输出OAM值遵循预期的叠加规则：l_out = l_in ± l_fork。另外，这些叉形光栅具有出色的热稳定性（高达800°C）和光学损伤阈值（接近原始二氧化硅玻璃的水平）。这些结果表明，基于纳米孔的几何相位叉形光栅是一个可扩展的、宽频带的、高性能平台，具有优异的热稳定性和光学耐受性，适用于下一代OAM光子学应用。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

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