基于干涉分离技术的OAM解复用方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于干涉分离技术的OAM解复用装置和方法。该装置分为两个部分，第一部分是OAM干涉分离装置，第二部分是复合相位全息图；OAM干涉分离装置包括两个道威棱镜、两个平面镜和两个光学分束器，按照等光程的方式按照矩形位置摆放，两个道威棱镜放置位置的相对角度保持相差90°；在输出端口A和B处设有SLM2和SLM3，复合相位全息图分别设置在SLM2和SLM3上。比起传统的单个解复用方法，该方法更高效，能同时解复用多路OAM信道。与达曼涡旋光栅相比，该方法对每个衍射级的涡旋光束可控性更高，对于OAM通信系统有着很大的意义。

OAM demultiplexing method and device based on interference separation technology

The invention provides a OAM demultiplexing device and method based on the interference separation technology. The device is divided into two parts: the first part is the OAM interferometric separator, the second part is the composite phase hologram; the OAM interferometric separator consists of two dovetail prisms, two planar prisms and two optical beam splitters, which are arranged in rectangular position according to equal optical path, and the relative angle of the two dovetail prisms is preserved. The output ports A and B are equipped with SLM2 and SLM3, and the composite phase holograms are set on SLM2 and SLM3 respectively. Compared with the traditional single demultiplexing method, this method is more efficient and can simultaneously demultiplexing multi-channel OAM channels. Compared with Dammann vortex grating, this method is more controllable for each diffraction level of vortex beam, and has great significance for OAM communication system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于干涉分离技术的OAM解复用方法及装置
本专利技术涉及OAM解复用技术，尤其涉及基于干涉分离技术的OAM检测技术。
技术介绍
根据麦克斯韦方程，电磁辐射同时载有能量和动量，其动量包括线动量和角动量。其中角动量可以分为两个部分:自旋角动量(SpinAngularMomentum，SAM)和轨道角动量(OrbitalAngularMomentum，OAM)，SAM与电磁场的圆极化特性相关，OAM与电磁场的相位结构相关，总体来说，电磁场的SAM与OAM是可以相互转化的，在没有与外界系统角动量交换的条件下，可以维持总的角动量守恒。近年来，随着通信技术的发展，无线通信也向着高带宽、高速率的方向发展。如何合理的利用频谱资源，提高频谱利用率和编码效率，成为当今无线领域的一个研究热点。自从L.Allen证明携带有的exp(-ilθ)相位因子的电磁波带有电磁轨道角动量(OAM)，其中l代表OAM态，我们称之为拓扑荷。由于理论上不同OAM态之间是相互正交的，所以近些年人们希望电磁波的OAM态在通信领域中能够很好地得到应用，成为提高通信速率以及编码效率的基础，在学术界得到了广泛的研究。目前，OAM态的解复用技术十分单一，主要是通过反相位板的方法来将涡旋光束转换成高斯光束，并且该方法会带来许多不必要的能量损失。为此人们通过设计光学衍射元件来实现OAM信道多路解复用，为此又提出了达曼叉形光栅。达曼型叉形光栅是迄今为止同时解复用效果最好的器件。但是，这种光栅对OAM态的选取要求严格，并且不可变，不同OAM态的涡旋光束不能任意分布，可控性较差。因此本申请提出一种基于干涉分离和高效光学衍射元件结合的方式来实现高效的OAM解复用。
技术实现思路
本专利技术通过将复合OAM态的涡旋光通过道威棱镜进行奇偶OAM态分离，再通过复合的相位全息图进行解调检测。该方法避免插入不同的延迟板或使用多个级联干涉仪就可以将单螺旋光束或者两个同轴叠加相干和非相干螺旋光束按照OAM态的奇偶数进行分离，再通过所设计的高效复合相位全息图进行解调，从而实现OAM信道的高效解复用。为了解决现有技术中问题，本专利技术提供了一种基于干涉分离技术的OAM解复用装置，该装置分为两个部分，第一部分是OAM干涉分离装置，第二部分是复合相位全息图；OAM干涉分离装置包括两个道威棱镜、两个平面镜和两个光学分束器，按照等光程的方式按照矩形位置摆放，两个道威棱镜放置位置的相对角度保持相差90°；在输出端口A和B处设有SLM2和SLM3，复合相位全息图分别设置在SLM2和SLM3上。作为本专利技术的进一步改进，所述复合相位全息图是通过空间光调制器和MATLAB仿真软件设计。作为本专利技术的进一步改进，所述SLM是一个1280X1280像素的空间光调制器，更新频率为20us。作为本专利技术的进一步改进，所述光学分束器是一个单面相位变化的分束器，从固定方向入射会实现π的相位变化。作为本专利技术的进一步改进，还包括CCD光学相机，分别设置用来收集SLM2和SLM3处的图片。基于干涉分离技术的OAM解复用方法，其利用上述任意一项所述的装置，具体步骤如下：(1)当一束复合OAM态的涡旋激光进入解复用装置后，首先对于OAM奇偶干涉分离部分，将两个道威棱镜、两个平面镜和两个单面分束器按照等光程的方式按照矩形位置摆放，两个道威棱镜位置放置的相对角度要保持相差90°；(2)通过奇偶分离之后，再对不同端口进行检测；根据基底的OAM态中的奇数部分，设计成端口A的解调复合相位全息图，用来检测奇数OAM态；根据基底的OAM态中的偶数部分，设计成端口B的解调复合相位全息图，用来检测偶数OAM态；(3)经过一段时间的传输后，到达该系统的奇偶分离端，通过分束器形成了两路光束，最后在输出端口A和B上，A端口输出的是奇数OAM态的复合涡旋光束，输出端口B的是偶数OAM态复合的涡旋光束，两个端口输出的复合涡旋光束分别入射到SLM2和SLM3上，经过解复用后，在不同的衍射级会有不同OAM态的涡旋光束转化为高斯亮点，实现OAM信道的解复用。作为本专利技术的进一步改进，还包括如下步骤：通过更新SLM1的相位全息图来改变发送的复合涡旋光束来改变传输的信息，再依次经过上述系统，直到一张图片上的所有像素值传输完毕。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用涡旋光束的干涉特性，通过相差π的相位叠加干涉相消的特点，通过道威棱镜将相位进行旋转，再使用分束器进行叠加可以将奇偶OAM态进行分离。分离后的复合涡旋光束，在经过所设计的复合相位全息图可以在每个衍射级上观察到亮点的分布，实现了更加高效的复合OAM信道的解复用。比起传统的反相位板解复用方法，该方法更高效，损失的能量更小。对于OAM通信系统有着很大的意义。附图说明图1是基于干涉分离技术的高效OAM解复用系统框架图；图2是通过奇偶分离后的不通过端口所得到的复合涡旋光束；图3是不同端口的复合涡旋光束经过高效复合相位全息图的解复用光强图；图1中：BS：光学分束器；DP：道威棱镜；M：平面镜；L：透镜；CCD：光学相机；d：距离；SLM：空间光调制器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术是基于传统的涡旋光束干涉分离技术，根据实际应用进行设计的。根据涡旋光束不同OAM态之间的正交性，可以建立一套基于干涉分离技术的OAM解复用装置。如图1所示：该装置分为两个部分，第一部分是由两个道威棱镜(DP1和DP2)和光学分束器(BS1和BS2)组成的OAM干涉分离装置，第二部分是通过空间光调制器(SLM)和MATLAB仿真软件所设计的复合相位全息图，经过衍射到不同的位置，对衍射级的亮点来进行OAM态的判定。基于干涉分离技术的OAM解复用方法，具体步骤如下：(1)当一束复合OAM态的涡旋激光进入解复用装置后，首先对于OAM奇偶干涉分离部分，将两个道威棱镜，两个平面镜(M1和M2)和两个单面分束器(BS：BeamSplitters)按照等光程的方式按照矩形位置摆放，要注意两个道威棱镜分别要相差90°，位置放置的相对角度要保持相差90°，如图1的DP1和DP2的摆放位置，以实现涡旋相位的旋转。(2)通过奇偶分离之后，再对不同端口进行检测。根据基底的OAM态中的奇数部分，设计成端口A的解调复合相位全息图，专门用来检测奇数OAM态；根据基底的OAM态中的偶数部分，设计成端口B的解调复合相位全息图，专门用来检测偶数OAM态。(3)经过一段时间的传输后，到达该系统的奇偶分离端，通过分束器形成了两路光束，最后在输出端口A和B上，A端口输出的都是奇数OAM态的复合涡旋光束，B端口输出的是偶数OAM态复合的涡旋光束。两个端口输出的复合涡旋光束分别入射到SLM2和SLM3上，经过解复用后，在不同的衍射级会有不同OAM态的涡旋光束转化为高斯亮点，实现OAM信道的解复用。SLM是一个1280X1280像素的空间光调制器，更新频率为20us。涡旋激光为氦氖激光，其波长为1550nm，束腰半径为3.5mm，传输距离为1m。光学分束器是一个单面相位变化的分束器，从固定方向入射会实现π的相位变化。相位全息图是根据迭代算法通过MATLAB仿真软件所设计的。MATLAB是国内外都用的数值仿真计算工具，其所生产的相位全息图输入到空间光调制器(slm)中就可以实现光场相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干涉分离技术的OAM解复用装置，其特征在于：该装置分为两个部分，第一部分是OAM干涉分离装置，第二部分是复合相位全息图；OAM干涉分离装置包括两个道威棱镜、两个平面镜和两个光学分束器，按照等光程的方式按照矩形位置摆放，两个道威棱镜放置位置的相对角度保持相差90°；在输出端口A和B处设有SLM2和SLM3，复合相位全息图分别设置在SLM2和SLM3上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于干涉分离技术的OAM解复用装置，其特征在于：该装置分为两个部分，第一部分是OAM干涉分离装置，第二部分是复合相位全息图；OAM干涉分离装置包括两个道威棱镜、两个平面镜和两个光学分束器，按照等光程的方式按照矩形位置摆放，两个道威棱镜放置位置的相对角度保持相差90°；在输出端口A和B处设有SLM2和SLM3，复合相位全息图分别设置在SLM2和SLM3上。2.根据权利要求1所述的基于干涉分离技术的OAM解复用装置，其特征在于：所述复合相位全息图是通过空间光调制器和MATLAB仿真软件设计。3.根据权利要求1所述的基于干涉分离技术的OAM解复用装置，其特征在于：所述SLM是一个1280X1280像素的空间光调制器，更新频率为20us。4.根据权利要求1所述的基于干涉分离技术的OAM解复用装置，其特征在于：所述光学分束器是一个单面相位变化的分束器，从固定方向入射会实现π的相位变化。5.根据权利要求1所述的基于干涉分离技术的OAM解复用装置，其特征在于：还包括CCD光学相机，分别设置用来收集SLM2和SLM3处的图片。6.基于干涉分离技术的OAM解复用方法，其特征在于：其利用权利要求1至5任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭忠义，沈飞，郭凯，周红平，周清峰，黄培，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44