[發明專利]基于干涉分離技術的OAM解復用方法及裝置

在審

• 申請號: 201880000719.1
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108702209A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 郭忠義;沈飛;郭凱;周紅平;周清峰;黃培
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H04B10/112
• 分類號: H04B10/112
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 黃曉笛

本發明提供了一種基于干涉分離技術的OAM解復用裝置和方法。該裝置分為兩個部分，第一部分是OAM干涉分離裝置，第二部分是復合相位全息圖；OAM干涉分離裝置包括兩個道威棱鏡、兩個平面鏡和兩個光學分束器，按照等光程的方式按照矩形位置擺放，兩個道威棱鏡放置位置的相對角度保持相差90°；在輸出端口A和B處設有SLM2和SLM3，復合相位全息圖分別設置在SLM2和SLM3上。比起傳統的單個解復用方法，該方法更高效，能同時解復用多路OAM信道。與達曼渦旋光柵相比，該方法對每個衍射級的渦旋光束可控性更高，對于OAM通信系統有著很大的意義。

技術領域

本發明涉及OAM解復用技術，尤其涉及基于干涉分離技術的OAM檢測技術。

背景技術

根據麥克斯韋方程，電磁輻射同時載有能量和動量，其動量包括線動量和角動量。其中角動量可以分為兩個部分:自旋角動量(Spin Angular Momentum，SAM)和軌道角動量(Orbital Angular Momentum，OAM)，SAM與電磁場的圓極化特性相關，OAM與電磁場的相位結構相關，總體來說，電磁場的SAM與OAM是可以相互轉化的，在沒有與外界系統角動量交換的條件下，可以維持總的角動量守恒。近年來，隨著通信技術的發展，無線通信也向著高帶寬、高速率的方向發展。如何合理的利用頻譜資源，提高頻譜利用率和編碼效率，成為當今無線領域的一個研究熱點。自從L.Allen證明攜帶有的exp(-ilθ)相位因子的電磁波帶有電磁軌道角動量(OAM)，其中l代表OAM態，我們稱之為拓撲荷。由于理論上不同OAM態之間是相互正交的，所以近些年人們希望電磁波的OAM態在通信領域中能夠很好地得到應用，成為提高通信速率以及編碼效率的基礎，在學術界得到了廣泛的研究。

目前，OAM態的解復用技術十分單一，主要是通過反相位板的方法來將渦旋光束轉換成高斯光束，并且該方法會帶來許多不必要的能量損失。為此人們通過設計光學衍射元件來實現OAM信道多路解復用，為此又提出了達曼叉形光柵。達曼型叉形光柵是迄今為止同時解復用效果最好的器件。但是，這種光柵對OAM態的選取要求嚴格，并且不可變，不同OAM態的渦旋光束不能任意分布，可控性較差。因此本申請提出一種基于干涉分離和高效光學衍射元件結合的方式來實現高效的OAM解復用。

發明內容

本發明通過將復合OAM態的渦旋光通過道威棱鏡進行奇偶OAM態分離，再通過復合的相位全息圖進行解調檢測。該方法避免插入不同的延遲板或使用多個級聯干涉儀就可以將單螺旋光束或者兩個同軸疊加相干和非相干螺旋光束按照OAM態的奇偶數進行分離，再通過所設計的高效復合相位全息圖進行解調，從而實現OAM信道的高效解復用。

為了解決現有技術中問題，本發明提供了一種基于干涉分離技術的OAM解復用裝置，該裝置分為兩個部分，第一部分是OAM干涉分離裝置，第二部分是復合相位全息圖；OAM干涉分離裝置包括兩個道威棱鏡、兩個平面鏡和兩個光學分束器，按照等光程的方式按照矩形位置擺放，兩個道威棱鏡放置位置的相對角度保持相差90°；在輸出端口A和B處設有SLM2和SLM3，復合相位全息圖分別設置在SLM2和SLM3上。

作為本發明的進一步改進，所述復合相位全息圖是通過空間光調制器和MATLAB仿真軟件設計。

作為本發明的進一步改進，所述SLM是一個1280X1280像素的空間光調制器，更新頻率為20us。

作為本發明的進一步改進，所述光學分束器是一個單面相位變化的分束器，從固定方向入射會實現π的相位變化。

作為本發明的進一步改進，還包括CCD光學相機，分別設置用來收集SLM2和SLM3處的圖片。

基于干涉分離技術的OAM解復用方法，其利用上述任意一項所述的裝置，具體步驟如下：