基于FDTD的涡旋光束发射器设计

摘要

为实现涡旋光束在小型设备中的应用，提出一种圆柱孔光栅蚀刻硅微环谐振腔结构，器件半径仅为4.1μm。建立一个理论模型，利用偶极子点表示沿微环腔内壁的光栅元件散射辐射，推导输出光场表达式，建模结果验证该结构可在不同波长下选择性地产生各种拓扑数的涡旋光束。此外，对器件进行性能分析与参数优化，结果表明，微环波导宽度过小会大大增加微环的辐射损耗。当微环波导宽度为450nm、耦合间距为100nm时，1 579nm波长附近的谐振峰输出功率为16.3dB，Q值为15 800。以上研究可为后续实验测试和涡旋光束在自由空间光通信、光学成像、传感、原子磁强计光源系统等领域的实际应用提供有价值的参考。

0 引言

涡旋光束特有的相位结构及其携带的轨道角动量（Orbital Angular Momentum