[發明專利]一種模式和空間光交換的方法和裝置

有效

• 申請號: 201610961971.1
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN106569329B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 王健;劉俊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種模式和空間光交換的方法，其特征在于，輸入多路光場位于不同空間位置，其具有相同或不同光場模式，經過模式和空間光交換傳遞函數的變換操作之后，輸出多路光場；當傳遞函數僅實現模式交換時，所述輸出多路光場相對于輸入多路光場僅發生光場模式交換，不發生空間位置交換；當傳遞函數僅實現空間交換時，所述輸出多路光場相對于輸入多路光場不發生光場模式交換，僅發生空間位置交換；當傳遞函數同時實現模式和空間交換時，輸出多路光場相對于輸入多路光場能夠同時發生光場模式交換和空間位置交換。

2.根據權利要求1所述的模式和空間光交換的方法，其特征在于，所述輸入多路光場的每一路光場的表達式如公式(1)所示，

其中，N為正整數，表示輸入光場的端口數，x，y表示光場垂直于傳播方向的橫向空間坐標位置，z為平行于傳播方向的空間坐標，F_1N(x，y)表示輸入光場的空間橫向分布，表示輸入光場函數，|A_1N(z)|表示輸入光場的幅度函數，表示輸入光場的相位函數，其中i表示虛部，表示輸入光場的波數，λ_1N為光波波長，ω_1N表示輸入光場的角頻率，表示輸入光場的初始相位，t表示光場傳播時間；

所述輸出多路光場的每一路光場的表達式如公式(2)所示

其中，N為正整數，表示輸出光場的端口數，F_2N(x，y)表示輸出光場的空間位置函數，表示輸出光場函數，|A_2N(z)|表示輸出光場的幅度函數，表示輸出光場的相位函數，其中i表示虛部，表示輸出光場的波數，λ_2N為光波波長，ω_2N表示輸出光場的角頻率，表示輸出光場的初始相位，t表示光場傳播時間。

3.根據權利要求2所述的模式和空間光交換的方法，其特征在于，

當傳遞函數僅實現模式交換；

傳遞函數僅實現空間交換；

當傳遞函數同時實現模式和空間交換。

4.根據權利要求1至3中任一所述的模式和空間光交換的方法，其特征在于，所述輸入多路光場經過空間光交換之后，再分別經過波前矯正的傳遞函數的變換操作對偏轉進行矯正，使輸出多路光場與原來輸入多路光場傳播方向平行；輸出多路光場和輸入多路光場保持平行能夠實現該模式和空間光交換方法具有可級聯性，即平行輸出的多路光場能夠繼續作為下一級模式和空間光交換的輸入多路光場。

5.根據權利要求4所述的模式和空間光交換的方法，其特征在于，所述波前矯正的傳遞函數為：對偏轉進行矯正，使輸出多路光場的表達式如公式(3)所示

其中，F_3N(x，y)表示經過波前矯正之后輸出光場的空間位置函數。

6.根據權利要求1或2或3所述模式和空間光交換的方法，其特征在于，所述光場模式是自由空間、光纖以及其他傳輸媒介中不同光束或模式，包括自由空間中高斯光束(Gauss)、軌道角動量光束(OAM)、渦旋光束、拉蓋爾-高斯光束(LG)、厄米-高斯光束(HG)、貝塞爾光束(Bessel)、矢量光束(Vector)及其他空間幅度/相位/偏振調制光束，以及光纖中本征模式(Eigenmodes)、線偏振模式(LP)和軌道角動量模式(OAM)。

7.一種模式和空間光交換的裝置，其特征在于，該裝置包括輸入模塊(100)，光交換模塊(200)和輸出模塊(300)；其中，輸入模塊(100)和輸出模塊(300)有均N端口，N為正整數，表示輸入模塊所具有的端口數；光交換模塊(200)有N個光交換單元，每個光交換單元分別對每個輸入模塊(100)的一個端口單獨進行變換，對應輸出模塊(300)的一個端口輸出；光交換單元包括模式光交換單元、空間光交換單元、模式和空間光交換單元中的任一種或任幾種；所述模式光交換單元對來自輸入端口的光場僅發生光場模式變化，不發生端口之間的交換；所述空間光交換單元對來自輸入端口的光場不發生光場模式變換，僅發生不同端口之間的交換；所述模式和空間光交換單元對來自輸入端口的光場不僅發生光場模式變換，也發生不同端口之間的交換。