近日，中科院上海光機所薄膜光學實驗室提出一種基于復用體全息光柵的新型光學軌道角動量模式切換器，相關研究成果以“Optical vortex switch based on multiplexed volume gratings with high diffraction efficiency”為題發表于Optics Express。 攜帶軌道角動量(OAM)的渦旋光具有特殊的螺旋波前結構，被廣泛應用在自由空間光通信、光鑷等系統中，其具有可調諧的軌道角動量，以及更緊湊、更高轉換效率、更寬工作波長的優勢。和低偏振依賴性的OAM模式轉換器件在應用系統中更具備優勢，同時也面臨更大的挑戰。

研究團隊基于體全息光柵的可復用性、高衍射效率、低偏振依賴性、優良的波長和角度選擇性，結合高功率激光單元技術實驗室自研的全息記錄材料——光敏熱折變玻璃(PTR)的高環境穩定性和高抗損傷閾值的優勢，提出了一種新型的光學渦旋切換器。這種切換器通過改變入射基模高斯光的相對角度，在一級衍射光處完成OAM模式的調制和切換。

經實驗制備出了OAM按照-1，0，+1變化的六通道OAM切換器，并使用研究團隊自研的OAM邊緣衍射的探測方法驗證了各通道衍射光的模式(相關研究發表在Chinese Optics Letters上)。制備的OAM模式切換器在入射激光發散角為96 μrad時，所有通道的衍射效率均超過92.68%，角度選擇性均小于1.5 mrad。同時通過理論和實驗分析了衍射效率和衍射光強分布的偏振依賴性，證明了其偏振不敏感的特性。這種OAM模式切換器在光鑷、光通信、高功率光束整形和合束等領域中具有廣闊的應用前景。

圖 1. 六通道OAM模式切換器工作原理

圖 2. OAM模式切換器各通道的(a)轉換效率角度譜;(b)偏振角α與衍射效率的關系;(c)初始衍射及其邊緣衍射光斑形貌 本研究工作得到了國家自然科學基金、上海市戰略性新興產業發展專項和國家重點研發計劃的支持。

審核編輯：湯梓紅