[發明專利]一種利用光學旋渦達曼光柵復用及解復用的方法和系統

在審

• 申請號: 201410230735.3
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104144025A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 袁小聰;張萌;賈平;李玉茹;李朝暉;雷霆;閔長俊;張崇磊
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04J14/02
• 分類號: H04J14/02;G02B6/34
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及軌道角動量(OAM)信道復用及解復用技術領域，特別是指一種利用光學旋渦達曼光柵復用及解復用的方法和系統。?

背景技術

在過去的三十年中，光通信網絡已經成為了現代通信網絡的基礎平臺，從最初的準同步數字體系(Plesiochronous?Digital?Hierarchy，PDH)系統，到后來的同步數字體系(Synchronous?Digital?Hierarchy，SDH)系統，再到波分復用(Wavelength?Division?Multiplexing，WDM)系統。伴隨摻鉺光纖放大器(Erbium-doped?Optical?Fiber?Amplifier，EDFA)技術的成熟，密集型波分復用(DWDM)系統在目前通信系統中的運用日益廣泛?，F代社會對數據的傳輸速率和安全性能的要求越來越高。在目前的技術條件下，光纖的帶寬資源(大約100nm量級)是有限的。所以從長遠來看，尋求新的通信復用的媒介和方法是大勢所趨。?

光學渦旋(Optical?Vortices，OV)的光波前可以沿著傳播方向像螺旋形狀向前傳播，軸上各點由于干涉相消而強度為零。這種波前經傅里葉透鏡聚焦后在焦平面上可以得到一個光亮環，其中心部分呈暗斑。光學渦旋具有兩個特殊的性質，一是螺旋形波前(Helical?Wavefront)，另一個是相位奇點(Phase?Singularity)。根據電矢量相位在一個波長內繞光軸旋轉2π，即一圈，的圖數l，不同的光學渦旋用不同的拓撲荷l(Topological?Charge)來表征，l一般可取任意的整數。理論和實驗表明，這種光波場中的每個光子的軌道角動量(Orbital?Angular?Momentum，OAM)是確定的，為lh。理論表明，對于不同拓撲荷的光學漩渦狀態之間是正交的，可以無串擾地獨立進行傳播，所有的光學渦旋狀態(l取從?-∞到+∞的所有整數)則構成了一個標準正交基。利用光學漩渦的正交性，可以進行光學渦旋復用，或者叫軌道角動量復用(OAM-DM)。不同拓撲荷的光學渦旋可以互不干擾地作為獨立信道傳輸信息，由于理論上l可以取任意整數，這樣就能極大地提高了通信系統的容量。?

利用不同拓撲荷的光學渦旋作為信道來傳送信息，在接收端就需要一種方法有效地解調出不同信道的信息?，F有的所謂的高效的光學渦旋檢測手段大多是基于相位匹配的檢測方法。OV的遠場衍射圖樣為環形，且圓環半徑正比于OV的拓撲荷的平方根√l，而普通的高斯光束(l＝0)的遠場衍射圖樣為一個實心的圓斑。利用這一特點我們可以用帶有拓撲荷l的OV光束照射到一個帶有復共軛相位，即exp(-ilθ)的光學元件上，將OV光束轉化為普通的高斯光束，再將實心的高斯光束經過一個小孔濾波器(濾掉其他拓撲荷環形的成分，只允許實心的高斯光束通過)導入光電探測器將光信號轉化為電信號，進一步解調信息。如果相位圖中只含有單一的exp(-ilθ)成分，則每次只能檢測一個拓撲荷信息，也就是說即使系統中同時傳輸了N個信道的信息，在解調端也只能檢測到一個信道的信息，這在實際應用中顯然是效率低下的。?

有一種方法可以解決這個問題就是將這個含有多個拓撲荷成分的光束分成N束，在每一束光中加入不同的復共軛相位來檢測不同OAM信道中的信息。這樣做無疑是增加了系統的復雜程度，至少需要多個分束器和N個相位裝置，而且在這個過程中降低了能量利用率。另一種方式是利用光柵來檢測多個OAM光束。通常采用的是衍射型光柵，包括振幅型和位相型。由于振幅型光柵的衍射效率很低，能量利用率很低，所以一般選用位相型光柵。但是對于傳統的位相型OV檢測光柵，隨著級次n的增加，較高級次的能量下降得非常迅速。由此就產生了一個嚴重的問題：較高級次的中心亮點的能量十分微弱。一般當|n|＞3時，中心亮點已經很難觀察到，這樣就嚴重限制了OV光通訊系統解調端的解調能力。?

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種利用光學旋渦達曼光柵復用及解復用的方法和系統，利用渦旋達曼光柵來復用和解復用OAM信道，大大簡化了系統的復雜程度，使系統對稱化，增加了系統容量，并提高了能量利用率。?

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種利用光學旋渦達曼光柵復用及解復用的方法，所述方法，包括：?

多個獨立的光信號源發出經過調制編碼的光信號，利用耦合輸出鏡入射到渦旋達曼光柵上，在光柵的0級衍射方向上合成為一束同軸的光束，發送給接收端；?