一种解复用单元及其解复用OAM信道的方法技术

本发明专利技术适用于数据传输技术领域，提供了一种解复用单元及其解复用OAM信道的方法，所述解复用的步骤为：将N个同心光环组成的N个轨道角动量信道照射到预设的环带型叉形光栅上，经过环带型叉形光栅的N个轨道角动量信道被还原成N个高斯亮点，并且被衍射到不同的位置；本发明专利技术提供的解复用OAM信道的方法，利用环带型叉形光栅来解复用OAM信道，一方面，使用单一光学元件就可以实现信道的分离和多个OAM信道的并行低损检测，极大的降低了系统的复杂程度；另一方面，能量利用率得到了大幅度的提高，减少了由于信道能量均分带来的较大的插入损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数据传输
，尤其涉及一种解复用单元及其解复用OAM信道的 方法。
技术介绍
在过去的几十年中，光通信网络已经逐渐发展成为了现代通信网络的基础平台。 从最初的准同步数字系统，到后来的同步数字系统，再到密集波分复用系统。伴随掺铒光纤 放大器技术的成熟，密集波分复用系统在目前通信系统中的运用日益广泛。现代社会对数 据的传输速率的要求越来越高。在目前的技术条件下，光纤的带宽资源（大约IOOnm量级） 是有限的。所以从长远来看，寻求新的通信复用维度是大势所趋。而轨道角动量光束就为 光通信系统提供了这样一个全新的复用维度，它可以在不展宽系统带宽的前提下大幅度的 提升系统容量。 下面先介绍一下轨道角动量光束的基本性质以及它在通信系统中的应用。 轨道角动量光束的波前呈现螺旋型分布的，轴上各点由于相位奇点的存在，干涉 相消而强度为零。也就是说，轨道角动量光束的远场衍射图样看起来就是一个光亮环，其中 心部分呈暗斑。这就是轨道角动量光束具有的两个十分独特的性质，一是螺旋形波前，另一 个是相位奇点。根据电场的螺旋相位在传播一个波长光程内绕光轴旋转2 31整数倍L，不同 的轨道角动量光束可以用拓扑荷L(TopologicalCharge)来表征，L可取任意的整数。理论 和实验表明，这种轨道角动量光束光场中的每个光子具有特定的轨道角动量（0AM，Orbital AngularMomentum)值，为IA。:理论上L的可能取值范围为所有整数值（L= 0, ±1，±2,… ± 0)。对于任意频率的电磁波，大量研究已证明具有不同L值OAM波束是电磁波在自由 空间和圆柱形波导中传播的正交本征模式集合，因而是彼此独立、可分离的。这一特性为通 信技术提供了一个新的可利用维度。 不同拓扑荷的轨道角动量光束作为不同复用信道传送信息，在传输的过程中，这 些信道在空间上是交叠在一起的，因此在接收探测端就需要一种方法有效地将不同信道的 信息解调区分出来。现在实验和工程中比较常用的OAM光束检测手段多是基于相位匹配的 检测方法，其检测原理如下。根据上面的介绍我们可知，OAM光束的远场衍射图样为环形亮 斑，拓扑荷的绝对值越大其圆环的半径就越大，而普通的高斯光束（L=O)的远场衍射图样 为一个实心的亮斑。利用这一特点我们可以用轨道角动量为Lh的轨道角动量光束光束照 射到带共辄的螺旋型相位exp(-iL0)的光学元件上时，将产生高斯光斑。单模光纤可以被 用于叉形光栅后焦面上以检验生成的光束是否为单一模式。将单模光纤替换为其它的探测 器，即可用相同的光学元件系统组成一个轨道角动量光束探测器：特定拓扑荷的轨道角动 量光束被转换成高斯光束，然后被高效地耦合进光纤或探测器中，进一步解调信息。这个 原理针对的是单一拓扑荷信道的检测。对于轨道角动量复用系统来说，光束中含有N个拓 扑荷的轨道角动量光束（N为轨道角动量信道数），要想并行检测这N个信道就需要先把光 束平均分成N份，在每一份中加载不同的共辄相位检测不同拓扑荷的轨道角动量信道。我 们可以看出这种检测方法不仅结构臃肿，而且对于单个信道来说只有1/N的能量得到了利 用，随着信道数的增加，系统能量利用率成反比例迅速降低，这就严重制约了OAM复用技术 的应用。OAM状态本身具有无限种正交态，也就是可以提供无限个正交的轨道角动量信道， 但是检测端却限制了复用的信道数目不能太大，否则能量利用率过低，通信质量也会随之 降低。可见寻求一种低损的并行检测方法在OAM复用技术显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种解复用单元及其解复用OAM信道的方 法，旨在提供一种利用单一光学元件来实现高能量利用率的解复用OAM信道的方法。 本专利技术是这样实现的，一种解复用OAM信道的方法，所述解复用的步骤为：将N个 同心光环组成的N个轨道角动量信道照射到预设的环带型叉形光栅上，经过环带型叉形光 栅的N个轨道角动量信道被还原成N个高斯亮点，并且被衍射到不同的位置； 其中，N个轨道角动量信道分别对应N个不同的拓扑荷；所述环带型叉形光栅由 N个同心的环带状叉形光栅叠加而成，所述环带状叉形光栅是在叉形光栅上取一个环带形 成；所述环带型叉形光栅的N个同心环带的大小与所述N个轨道角动量信道的N个不同的 拓扑荷 对应。 进一步地，所述N个同心环带中添加有N个不同拓扑荷的共辄螺旋相位。 进一步地，所述N个同心环带中添加有N个不同的闪耀系数。 进一步地，所述N个不同的拓扑荷之间的拓扑荷间距为不小于6的整数。 本专利技术还提供了一种解复用单元，沿光路方向包括： 环带型叉形光栅，用于解复用轨道角动量信道；即用于将如权利要求1-4任一项 所述的N个轨道角动量信道衍射出N个级次，在与轨道角动量拓扑荷成分相应的级次上出 现N个高斯亮点； 显微镜组件，用于将所述N个高斯亮点耦合到光纤中。 本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术提供了一种解复用单元及其解复 用OAM信道的方法，利用环带型叉形光栅来解复用OAM信道，一方面，使用单一光学元件就 可以实现信道的分离和多个OAM信道的并行低损检测，极大的降低了系统的复杂程度；另 一方面，能量利用率得到了大幅度的提高，减少了由于信道能量均分带来的较大的插入损 耗，并且由于在检测的过程中不需要先将能量均分再分别检测，所以理论上信道的能量利 用率接近100% ;再一方面，拓展了可利用的OAM信道的数量，在信号能量足够高的情况下 甚至可以实现上百个OAM信道的并行低损检测。【附图说明】 图1是本专利技术实施例提供的复用和解复用系统的示意图； 图2是本专利技术实施例提供的拓扑荷L= 8的旁瓣压缩后的轨道角动量光束衍射图 样； 图3是本专利技术实施例提供的复用在一起的轨道角动量信道图样； 图4是本专利技术实施例提供的与图3中轨道角动量信道相对应的环带型叉形光栅； 图5是图3所示的轨道角动量信道经过图4的环带型叉形光栅解复用后的衍射图 样。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。 本专利技术的主要思想是：根据复用单元复用的N个轨道角动量信道设计合适尺寸的 环带型叉形光栅，然后利用环带型叉形光栅对N个轨道角动量信道进行信道的分离，进而 实现对分离后的信道进行并行低损的检测。 下面先介绍解复用单元实现解复用OAM信道的方法，具体为：将N个同心光环组成 的N个轨道角动量信道照射到预设的环带型叉形光栅上，经过环带型叉形光栅的N个轨道 角动量信道被还原成N个高斯亮点，并且被衍射到不同的位置； 其中，所述环带型叉形光栅由N个同心的环带状叉形光栅叠加而成，所述环带状 叉形光栅是在叉形光栅上取一个内径为a外径为b的叉形光栅组成；所述环带型叉形光栅 的N个同心环带的大小与所述N个轨道角动量信道的N个不同的拓扑荷一一对应；拓扑荷 越大，环带型叉形光栅中对应的环带的内径越大。 通过选择N个不同的拓扑荷，应当使相邻拓扑荷的光束的孔径相互不交叠。因为 经过旁瓣压缩的轨道角动量光束只分布在一个较小的环形孔径中（a'KbJ，通过选择适当 的拓扑荷L，就可以满足条件；理论分析表明，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种解复用OAM信道的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：将N个同心光环组成的N个轨道角动量信道照射到预设的环带型叉形光栅上，经过环带型叉形光栅的N个轨道角动量信道被还原成N个高斯亮点，并且被衍射到不同的位置；其中，N个轨道角动量信道分别对应N个不同的拓扑荷；所述环带型叉形光栅由N个同心的环带状叉形光栅叠加而成，所述环带状叉形光栅是在叉形光栅上取一个环带形成；所述环带型叉形光栅的N个同心环带的大小与所述N个轨道角动量信道的N个不同的拓扑荷一一对应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小聪，雷霆，张萌，高社成，袁扬胜，乔文，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44