[發明專利]一種利用折射器件的低損耗OAM復用解復用方法及系統

有效

• 申請號: 202010732447.3
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111965760B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 李朝暉;賴昭宇;劉志兵
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02B6/28
• 分類號: G02B6/28;G02B27/09;G02B6/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發明涉及一種利用折射器件的低損耗OAM復用解復用方法及系統，將多個高斯光束均整形為矩形狀的條形平面波后通過復用折射器件轉換為圓環形光束并復用在一起，同時將圓環形光束的相位進行補償和糾正；當圓環形光束經過傳輸后通過空間光調制器解復用為實心的高斯光束或通過解復用折射器件解復用為傾斜平面波，最后通過探測器進行信號的檢測。采用本方法進行OAM復用解復用，能夠對多個光束進行處理而不降低效率，并且可以降低光束在傳輸過程中的損耗；而本發明中的系統提高了能量的轉化效率，同時也大大降低了復用解復用技術中的損耗大，具有有損耗低、工作穩定的優點。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，更具體地，涉及一種利用折射器件的低損耗OAM復用解復用方法及系統。

背景技術

現今信息通信等領域發展迅猛，而網絡的通信容量需求也隨著5G時代和互聯網時代的到來呈現直線增長。目前擴大光通信容量的復用技術為波分復用技術，而隨著信道容量逐漸逼近香濃極限，波分復用技術也遇到了瓶頸，急需新的復用技術擴大光通信容量。軌道角動量(Orbital Angular Momentum,OAM)復用解復用屬于模分復用，模分復用是利用各模式之間的正交性，使得同一個空間信道中盡可能多地傳輸模式。模分復用技術可以與目前的通信技術相兼容，可以大幅度提升通信系統中的容量。

其中的一個模分復用技術是在發射端上將不同光柵衍射級次方向上入射的高斯光合并到同一個光軸上并產生相關的復合渦旋光束。而在接收端，同軸的渦旋光可以通過達曼光柵后在不同的衍射級次上再次還原成高斯光。類似于申請號為“201710339538.9”的專利文件公開了一種光纖本征模復用通信方法和系統，但這種方法的缺點在于由于各衍射級能量是相等的，將使得各個模式的軌道角動量(Orbital Angular Momentum,OAM)態能量比較分散，損耗比較大，能量轉換的效率比較低。

發明內容

本發明為克服上述現有技術中完美渦旋光束測量結果分辨率較低問題，提供一種利用折射器件的低損耗OAM復用解復用方法及系統，提高通信系統的容量，降低光束在傳輸過程中的損耗。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種利用折射器件的低損耗OAM復用解復用方法，將多個高斯光束均整形為矩形狀的條形平面波后轉換為圓環形光束并復用在一起，同時將圓環形光束的相位進行補償和糾正；當圓環形光束經過傳輸后解復用為實心的高斯光束或傾斜平面波，最后通過探測器進行信號的檢測。對具有軌道角動量的光束的坐標變換只涉及到相位的相關調制，除了器件對光束的反射與吸收外，幾乎沒有其他的能量損耗，降低光束在傳輸過程中的損耗。同時坐標變換對不同數量的光束的能量效率基本相同，光束增多，也不會使得能量效率降低，能夠對多個光束同時復用和解復用，提高光束的傳播效率。

優選的，光源經過分解為多個獨立的光束后，轉換為條形平面波，并令高斯條形平面波入射至用于復用的器件中同一個位置進行復用。

優選的，通過在空間光調制器上加載不同拓撲荷的OAM的共軛相位全息圖，對圓環形光束解復用為實心的高斯光束并耦合進光纖，實現的高斯光束更加便于進入光纖，提高光束的傳播效率。

優選的，將解復用得到的傾斜平面波調整至圓形的類高斯光束后耦合進光纖。圓形的類高斯光束更加便于進入光纖，提供光束的傳播效率。

還提供一種利用折射器件的低損耗OAM復用解復用系統，用于實現上述的方法，包括結構一致的復用折射器件和解復用折射器件；所述復用折射器件和所述解復用折射器件均包括變換器和補償器，分別為復用變換器、復用補償器、解復用變換器和解復用補償器；所述復用變換器為光束進入端，所述解復用補償器為光束進入端；

所述復用變換器用于將高斯條形平面波轉換為圓環形光束，所述復用補償器用于對圓環形光束的相位進行補償和糾正；所述解復用補償器對圓環形光束的相位進行解調，所述解復用變換器將圓環形的光斑轉換為傾斜的平面波。