包括保罗棱镜的光学复用器/解复用器装置制造方法及图纸

本文描述了一种复用器/解复用器光学装置(100)，包括：第一分束器立方体(BS1)；光学地耦合至所述第一分束器(BS1)的第二分束器立方体(BS2)；光学地耦合至所述第二分束器(BS2)的第一保罗棱镜反射器(PR1)；以及光学地耦合至所述第二分束器(BS2)的第二保罗棱镜反射器(PR2)，并且所述第二保罗棱镜反射器(PR2)被构造成用于向横穿第二保罗棱镜反射器(PR2)的光束引入取决于所述光束的轨道角动量并且取决于第二反射器的取向的相位延迟。所述装置是迈克尔逊干涉仪，所述迈克尔逊干涉仪被构造用于获得相长/相消干涉，以便基于轨道角动量的值而在/从相应输入/输出端口上复用/解复用包括具有圆柱形对称性的多个同心光束的光束，所述多个同心光束具有不同轨道角动量的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明涉及对光束的复用和解复用操作。
技术介绍
在光学通信中，越来越多地使用轨道角动量(OAM)作为光子的进一步特性，以使得能够以更高容量传输。在这方面，可以参考下列论文：[1]Richardson D.J.等人，光纤中的空分复用，《自然光子学》，第7卷，354页(2013)(Richardson D.J.et al.,Space-division multiplexing in optical fibres,Nature Ph.,vol.7,354(2013))；和[2]Wang J.等人，采用轨道角动量复用的太比特自由空间数据传输，《自然光子学》，第6卷，488页(2012)(Wang J.et al.,Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing,Nature Ph.Vol.6,488(2012))。在上述通信系统中，除了已经被用于开发具有色分(或者频分)复用的光学通信系统的颜色标签之外，光子的角动量的值(下文由“l”表示，l能够采取正和负整数值两者：l＝0、+/-1、2、3…)被用作光子的进一步标签，称为“波分复用”(WDM)。本申请人注意到，为了有效地开发模分复用(MDM)系统或者空分复用(SDM)系统，有必要具有可用的高效复用装置(即，用于在一个和相同光束或者光纤中引入具有不同OAM值的各种模式的装置)和解复用装置(即，用于从一个和相同光束或者光纤提取具有不同OAM值的各种模式的装置)。本申请人注意到，上述论文[1]和[2]描述了使用全息装置的复用器，全息装置存在相当大的损耗、大的整体尺寸以及对具有不同OAM值的光束分光时的不良选择性。所述全息装置还被耦合至光学装置，这些光学装置存在相当大的损耗，并且在对具有不同OAM值的光束分光时选择性很差。论文“Leach J.等人，测量单个光子的轨道动量，《物理评论快报》，第88卷，257901(2002)(Leach J.et al.,Measuring the orbital momentum of a single photon,Phys.Rev.Lett.Vol.88,257901-1(2002))”和“Leach J.等人，测量单个光子的轨道和自旋或者总角动量的干涉测量方法，《物理评论快报》，第92卷，013601(2004)(Leach J.et al.,Interferometric methods to measure orbital and spin or the total angular momentum of a single photon,Ph.Rev.Lett.,vol.92,013601-4(2004))”描述了设有旋转道威棱镜的马赫-曾德尔型干涉仪。本申请人注意到，所述干涉仪笨重并且生产复杂，这尤其是与马赫-曾德尔型干涉仪中的道威棱镜本身的对准相关联的问题导致的。文献“C.Gao,X.Qi,Y.Liu e H.Weber，通过使用迈克尔逊干涉仪重叠螺旋光束，《光学快讯》，第18卷，No.1，2010年1月4日(C.Gao,X.Qi,Y.Liu e H.Weber,Superposition of Helical Beams by using a Michelson Interferometer,OPTIC EXPRESS,Vol.18,No.1,4Jan.2010)”关注在环上具有对称分布的不同OAM状态的螺旋光束的重叠。此外，在该论文中指出关于实验设备，如何在光束的极化连续变化之后避免它们的干涉。
技术实现思路
本申请人已经解决了定义用于具有不同轨道角动量的光束的复用器/解复用器的问题，这种装置将是高效的并且将存在具有低阻碍性和复杂性的结构。通过权利要求1中所述的复用器/解复用器提供对上述问题的解决方案。在从属权利要求2-10中描述了特殊实施例。附图说明现在将参考附图描述实施例的一些非限制性示例，其中：图1是与极化无关的第一复用器/解复用器装置的示例的示意性例示；图2是包括具有圆柱对称性的同心光束的复合光束的示意性例示，同心光束具有恒定强度和随着轨道角动量增大而增大的直径；图3示出代表随着保罗棱镜(Porro prism)自身取向变化而被保罗棱镜引入的相位移动的表；图4示出图1的装置的实施例的实例，并且示出作为解复用器和作为复用器的操作；图5是与极化无关并且适合1：4解复用的第二复用器/解复用器装置的示例的示意性例示；图6是取决于极化的第三复用器/解复用器装置的示例的示意性例示；图7是取决于极化、适合4：1的第四复用器/解复用器装置的示例的示意性例示；图8是与极化无关的、使用另外的干涉仪的第五复用器/解复用器装置的示例的示意性例示；图9是与第五复用器/解复用器装置类似的、与极化无关的第六复用器/解复用器装置的示例的示意性例示；图10是与极化无关的、包括与第六复用器/解复用器装置类似的装置的第七复用器/解复用器装置的示例的示意性例示；图11示出取决于极化的、包括与第三复用器/解复用器装置类似的装置的第八复用器/解复用器装置的示例；图12示出取决于极化的、包括与第三复用器/解复用器装置类似的装置的第九复用器/解复用器装置的示例；图13示出与极化无关的、包括与第三复用器/解复用器装置类似的装置的第十复用器/解复用器装置的示例。具体实施方式图1示出包括第一分束器立方体BS1、第二分束器立方体BS2、第一保罗棱镜反射器PR1和第二保罗棱镜反射器PR2的第一复用器/解复用器装置100。特别地，第一分束器立方体BS1(为了简化而称为“第一分束器BS1”)第二分束器立方体BS2(为了简化而称为“第二分束器BS2”)在主方向z1-z2中对齐，主方向z1-z2具有被设置为彼此平行的它自身的分束平面L1和L2。第一分束器BS1和第二分束器BS2特别是独立于横穿它们的光束的极化的状态。第一分束器BS1包括第一输入/输出端口1、第二输入/输出端口2、第三输入/输出端口3和第四输入/输出端口4。所述输入/输出端口1-4与对应于第一分束器BS1的立方体的四个面一致。第二分束器BS2包括第五输入/输出端口5、第六输入/输出端口6、第七输入/输出端口7和第八输入/输出端口8。所述输入/输出端口5-8与对应于第二分束器BS2的立方体的四个面一致。第五输入/输出端口5面对第一分束器BS1的第三输入/输出端口3。此外，第一分束器BS1识别第一输入/输出方向x1-x2，第二输入/输出端口2和第四输入/输出端口4沿第一输入/输出方向x1-x2对齐。第二分束器BS2识别第二输入/输出方向y1-y2，第六输入/输出端口6和第八输入/输出端口8沿第二输入/输出方向y1-y2对齐。关于第一保罗棱镜反射器PR1和第二保罗棱镜反射器PR2，应注意，也被称为“屋脊棱镜”或者“直角棱镜”的保罗棱镜是本领域技术人员已知的反射光学装置。第一保罗棱镜PR1和第二保罗棱镜PR2是由例如玻璃(例如，BK-7)，或者一些其它的、甚至是非玻璃质的透明材料制成的大体积光学装置。科学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复用器/解复用器光学装置(100‑1000)，包括：第一分束器立方体(BS1)，所述第一分束器立方体(BS1)设有用于接收/提供光束的第一输入/输出端口(1‑4)；第二分束器立方体(BS2)，所述第二分束器立方体(BS2)设有第二输入/输出端口(5‑8)并且光学地耦合至所述第一分束器(BS1)；第一保罗棱镜反射器(PR1)，所述第一保罗棱镜反射器(PR1)被光学地耦合至所述第二分束器(BS2)；以及第二保罗棱镜反射器(PR2)，所述第二保罗棱镜反射器(PR2)被光学地耦合至所述第二分束器(BS2)，并且被构造成用于向横穿所述第二保罗棱镜反射器(PR2)的光束引入取决于所述光束的轨道角动量并且取决于所述第二反射器的取向的相位延迟；所述装置的特征在于，所述装置是迈克尔逊干涉仪，所述迈克尔逊干涉仪被构造用于获得相长/相消干涉，以便基于轨道角动量的值而在/从相应输入/输出端口上复用/解复用包括具有圆柱形对称性的多个同心光束的光束，所述多个同心光束具有不同轨道角动量的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 IT MI2014A0004411.一种复用器/解复用器光学装置(100-1000)，包括：第一分束器立方体(BS1)，所述第一分束器立方体(BS1)设有用于接收/提供光束的第一输入/输出端口(1-4)；第二分束器立方体(BS2)，所述第二分束器立方体(BS2)设有第二输入/输出端口(5-8)并且光学地耦合至所述第一分束器(BS1)；第一保罗棱镜反射器(PR1)，所述第一保罗棱镜反射器(PR1)被光学地耦合至所述第二分束器(BS2)；以及第二保罗棱镜反射器(PR2)，所述第二保罗棱镜反射器(PR2)被光学地耦合至所述第二分束器(BS2)，并且被构造成用于向横穿所述第二保罗棱镜反射器(PR2)的光束引入取决于所述光束的轨道角动量并且取决于所述第二反射器的取向的相位延迟；所述装置的特征在于，所述装置是迈克尔逊干涉仪，所述迈克尔逊干涉仪被构造用于获得相长/相消干涉，以便基于轨道角动量的值而在/从相应输入/输出端口上复用/解复用包括具有圆柱形对称性的多个同心光束的光束，所述多个同心光束具有不同轨道角动量的值。2.根据权利要求1所述的装置(100-700)，其中，所述第一反射器(PR1)和/或所述第二反射器(PR2)包括镜面处理反射表面，所述镜面处理反射表面用于使得所述第一反射器(PR1)和/或所述第二反射器(PR2)的操作独立于所述光束的极化。3.根据权利要求1所述的装置(200；MUX/DEM)，其中所述第一分束器(BS1)包括：-第一输入/输出端口(1)，所述第一输入/输出端口(1)用于将被解复用的复合光束并且用于从复用获得的所述复合光束；-输出端口(4)，所述输出端口(4)用于所述复合光束的一部分；以及-第二输入/输出端口(2)，所述第二输入/输出端口(2)用于第一光束，所述第一光束形成一部分所述复合光束并且具有第一轨道角动量；并且其中所述第二分束器包括：-第三输入/输出端口(6)，所述第三输入/输出端口(6)用于第二光束，所述第二光束形成一部分所述复合光束并且具有第二轨道角动量。4.根据权利要求3所述的装置，其中：-所述第一分束器(BS1)还包括：第一端口(3)，所述第一端口(3)用于耦合至所述第二分束器(BS2)；并且-所述第二分束器(BS2)包括：第二端口(5)，所述第二端口(5)用于耦合至所述第一分束器(BS1)的所述第一耦合端口(3)；第二耦合端口(7)，所述第二耦合端口(7)被光学地耦合至所述第一反射器(PR1)；以及第三耦合端口(8)，所述第三耦合端口(8)被光学地耦合至所述第二反射器(PR2)。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二反射器(PR2)是以便引入属于组π/2、π/4、π/8...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里昂·马丁内利，
申请(专利权)人：米兰综合工科大学，
类型：发明
国别省市：意大利;IT