本实用新型公开了一种环形螺旋光纤光栅谐振器，包括表面刻写有周期性螺旋光栅的螺旋光纤光栅，所述螺旋光纤光栅的两端焊接在一起形成环形波导结构。该环形螺旋光纤光栅谐振器可用于自由空间中产生涡旋光束，且可用于同时产生低阶轨道角动量的涡旋光束和高阶轨道角动量的涡旋光束。本实用新型还公开了一种基于环形螺旋光纤光栅谐振器的涡旋光束产生装置。

该环形螺旋光纤光栅谐振器及涡旋光束产生装置将回音壁模式（WGM）与自由空间传播的OAM模式耦合，通过在谐振器上嵌入角光栅的方式，使得激光光束向空间辐射时产生倾斜的波导平面，并使波导平面发生旋转而形成螺旋光束，与现有的模式转换法、螺旋相位板法、计算全息法等相比，结构简单，不需要昂贵的设备和复杂的光路，极大地节约了设备成本、简化了加工工艺，只需要通过改变所述螺旋光纤光栅和环形波导结构的加工参数就能够形成不同模式、种类和参数的涡旋光束，且控制所述环形波导结构的大小就可以改变涡旋光束的种类和具体参数，可以实现对微观粒子的亚接触、无损伤的操纵，用作光镊或光学扳手等等，同时在射频以及量子保密通信等领域也具有重要的潜在应用价值，而且由于器件的尺寸很小，可以实现大规模集成，以应用于未来的“光纤实验室”，在光纤通信及量子通信领域具有良好的应用前景。

涡旋光束是一种具有螺旋相位波前，带有轨道角动量（OAM），能够携带不同拓扑电荷数的光束。携带不同拓扑电荷数的涡旋光束是相互正交的，因此，涡旋光束可以在光纤通信装置中进行模分复用，能够极大地提高光通信装置的容量。现有的涡旋光束产生方法有模式转换法、螺旋相位法和计算全息法。

模式转换法：由柱面镜构成非轴对称光学装置，输入不含轨道角动量的厄米-高斯光束，通过两个柱面透镜构成的模式转换器，就可以将其转化为拉盖尔-高斯光束。只需要在厄米高斯光束基础上引入一个随方位角变化的相位因子，就可以将厄米-高斯光束变成具有轨道角动量的涡旋光束。利用模式转换法的转换效率高，但是转换过程中的光学装置结构相对比较复杂，装置中用到的关键光学器件加工制备比较困难，而且不易控制所产生的涡旋光束种类和参数，这使得其应用场合受到了限制。

螺旋相位板法：螺旋相位板是一种厚度与相对于板中心的旋转方位角成一次函数关系的透明板，表面结构类似于一个旋转台。当光束通过螺旋相位板时，由于相位板的螺旋形表面使透射光束光程的改变量不同，使透射光束相位的改变量也不同，继而能够产生一个具有螺旋特征的相位因子。螺旋相位板法产生涡旋光束的转换效率高，但该方法产生的光学涡旋的拓扑荷数并不唯一，而且对于某一相位板，使用特定模式的激光只能是特定的输出，不能灵活控制涡旋光束的种类和具体参数，而且高质量的相位板制备也比较困难。

计算全息法：计算全息法是依据光的干涉和衍射原理，利用计算机编程实现目标光与参考光的干涉图样，得到涡旋光束。该方法主要可以利用计算全息图和空间光调制器来实现。计算全息图是将叉形光栅制成底片，直接让高斯平面波通过此叉形光栅即可。空间光调制器法是将叉形光栅加载到空间光调制器上，让高斯平面波直接入射到空间光调制器上即可。但是因需要入射到全息图中心，则光路要求严格。

当然，现有技术中也有在光纤中产生涡旋光束的方法，但是光纤中产生的涡旋光束只有一个阶数的轨道角动量，无法同时产生低阶轨道角动量的涡旋光束和高阶轨道角动量的涡旋光束。

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种环形螺旋光纤光栅谐振器，可用于自由空间中产生涡旋光束，且可用于同时产生低阶轨道角动量的涡旋光束和高阶轨道角动量的涡旋光束。

主要发明人简介：刘申，工学博士、副教授、特聘副研究员、硕士生导师；深圳市“孔雀计划”海外高层次C类人才。教育及工作经历：2008年于中国人民解放军空军第一航空学院获得学士学位；2013年于重庆邮电大学获得硕士学位；2017年深圳大学获得博士学位；2017-2018年在英国阿斯顿大学做博士后研究工作，主要从事特种光纤光栅和光纤微器件研究。2018.09起就职于深圳大学物理与光电工程学院且加入到王义平教授科研团队工作。

该环形螺旋光纤光栅谐振器及涡旋光束产生装置将回音壁模式（WGM）与自由空间传播的OAM模式耦合，通过在谐振器上嵌入角光栅的方式，使得激光光束向空间辐射时产生倾斜的波导平面，并使波导平面发生旋转而形成螺旋光束，与现有的模式转换法、螺旋相位板法、计算全息法等相比，结构简单，不需要昂贵的设备和复杂的光路，极大地节约了设备成本、简化了加工工艺，只需要通过改变所述螺旋光纤光栅和环形波导结构的加工参数就能够形成不同模式、种类和参数的涡旋光束，且控制所述环形波导结构的大小就可以改变涡旋光束的种类和具体参数，可以实现对微观粒子的亚接触、无损伤的操纵，用作光镊或光学扳手等等，同时在射频以及量子保密通信等领域也具有重要的潜在应用价值，而且由于器件的尺寸很小，可以实现大规模集成，以应用于未来的“光纤实验室”，在光纤通信及量子通信领域具有良好的应用前景。

与他人合作开发，合作价格0.5万元起。