[發明專利]一種測量被遮擋渦旋光束拓撲荷的裝置及方法

在審

• 申請號: 202011637706.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112816079A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 劉顯龍;李曉飛;高雅茹;蔡陽健
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本公開公開的一種測量被遮擋渦旋光束拓撲荷的裝置及方法，包括：激光器，用于產生激光光束；空間光調制器，用于對激光光束加載渦旋相位，獲得渦旋光束；不透明障礙物，用于對渦旋光束進行遮擋，獲得遮擋后的渦旋光束；傅立葉透鏡，用于對遮擋后的渦旋光束進行聚焦，獲得光斑；光電探測器，用于對光斑的相位進行探測，獲得光斑的相位奇點分布圖，根據相位奇點分布圖，獲知渦旋光束拓撲荷的大小和符號。能夠通過遮擋后的渦旋光束獲得的相位奇點分布圖，獲知渦旋光束的拓撲荷的大小和符號。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種測量被遮擋渦旋光束拓撲荷的裝置及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

大數據時代的到來加速了大容量光通信的發展，為充分提升光通信容量，這些年來發展了多種多樣的復用技術，如時分復用，空分復用，正交頻分復用，偏振復用等。多模光纖，少模光纖，多芯光纖等都是發展成熟的通信技術。目前，光通信領域仍已空分復用為主，即發送方利用不同的正交光場各自攜帶不同的信息進行復用傳輸，接收方根據規則進行解復用的操作來處理接收到的信息。經過多年的發展，對這些維度資源的利用已經趨近于飽和，但是對可持續擴容的探討一直在進行中，尤其是對不同的光波維度資源(如空間位置，特殊相位)的研究成為了新的熱點。其中基于渦旋光束的OAM復用技術成為了近年來的光通信領域的新的選擇。

渦旋光束是一種典型的攜帶軌道角動量的光束，光強呈空心分布。渦旋光束所攜帶的渦旋相位，使得它在傳輸時能更好的抵抗大氣湍流的干擾，減少長距離傳輸中的漂移和閃爍等現象，它的相位奇點和螺旋波前由旋渦相位決定，其中拓撲荷在希爾伯特空間中具有無限正交態。渦旋光束的產生和調制技術已經相當成熟，在超分辨成像、光鑷、光通信等方面發揮著重要作用，特別是OAM復用通信。OAM復用就是利用不同拓撲荷正交性，每一路拓撲荷攜帶有不同的信息，經復用技術進行同軸傳輸，到達接收方進行解復用。解復用技術一直是OAM復用通信中的關鍵環節。換言之，需要探索有效的方法來確定渦旋光束的拓撲荷。其中已經提出的許多方法是基于強度測量的，如干涉法，衍射法和模式轉換器，以及光柵，干涉儀等。這些方法致力于將不同的OAM模式轉換成可區分的強度模式，非常直觀，但當光強被不透明的障礙物遮擋時，這些方法就無法獲知被遮擋的渦旋光束的拓撲荷。在實際應用中，光束在自由空間傳輸時不可避免地會受到不透明障礙物的阻擋，這意味著在實際的光通信環境中，OAM解復用會遇到挑戰。然而，到目前為止，還沒有找到行之有效的方法來確定被遮擋的渦旋光束的拓撲荷。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種測量被遮擋渦旋光束拓撲荷的裝置及方法，利用渦旋光束傳輸過程中重構的相位分布，識別渦旋光束拓撲荷的符號和大小，解決了無法識別被遮擋渦旋光束拓撲荷的大小和符號的技術問題。

為實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

第一方面，提出了一種測量被遮擋渦旋光束拓撲荷的裝置，包括：

激光器，用于產生激光光束；

空間光調制器，用于對激光光束加載渦旋相位，獲得渦旋光束；

不透明障礙物，用于對渦旋光束進行遮擋，獲得遮擋后的渦旋光束；

傅立葉透鏡，用于對遮擋后的渦旋光束進行聚焦傳輸，獲得光斑；

光電探測器，用于對光斑的相位進行探測，獲得光斑的相位奇點分布圖，根據相位奇點分布圖，獲知渦旋光束拓撲荷的大小和符號。

進一步的，還包括計算機，用于對相位奇點分布圖進行顯示。

第二方面，提出了一種測量被遮擋渦旋光束拓撲荷的方法，包括：

產生激光光束；

對激光光束加載渦旋相位，獲得渦旋光束；