轨道角动量滤模装置、方法及装置构建方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轨道角动量滤模装置、方法及装置构建方法，该轨道角动量滤模装置构建方法包括以下步骤：匹配目标光场和对应的面内旋转状态，获得轨道

【技术实现步骤摘要】
轨道角动量滤模装置、方法及装置构建方法


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种轨道角动量滤模装置、方法及装置构建方法。

技术介绍

[0002]涡旋光是一种携带OAM(Orbital Angular Momentum，即轨道角动量)的光束，其中心存在相位奇点，在空间分布上呈“甜甜圈”型结构，这些特性使得涡旋光广泛应用于光学操纵、量子信息处理、光子计算机以及自由光空间通信等领域。在通信领域中，由于不同OAM光束之间相互正交，并且理论上OAM本征态的数目是无限的，可以与传统复用技术相结合作为载波进行多路复用，极大地提高系统的通信容量和频谱效率。
[0003]目前很多研究工作已经证明OAM模式能用来提升OAM复用通信中的容量密度。然而，由于缺乏可控的轨道角动量滤模技术，在保留螺旋相前的情况下有选择性的过滤多个OAM模式仍然难以实现，使得OAM模式在传输过程中较易产生模式的偏移和串扰。尽管已经有许多技术致力于OAM模式的滤除，但是他们大多都只能对所有OAM模式施加相同的螺旋或梯度调制，从而导致严重的能耗和系统复杂性的增加，这限制了OAM模式滤模器的应用。因此，现有的涡旋光轨道角动量模式滤除技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种轨道角动量滤模装置、方法及装置构建方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种轨道角动量滤模装置构建方法，包括以下步骤：
[0006]匹配目标光场和对应的面内旋转状态，获得轨道
‑
旋转匹配数据集；
[0007]根据所述轨道
‑
旋转匹配数据集求解相位屏的相位分布，获得求解结果；
[0008]根据所述求解结果获得轨道角动量滤模装置。
[0009]优选地，在本专利技术所构造的轨道角动量滤模装置构建方法中，在所述匹配目标光场和对应的面内旋转状态，获得轨道
‑
旋转匹配数据集步骤中，包括以下步骤：
[0010]获取不同轨道角动量模式的所述目标光场；
[0011]将不同轨道角动量模式的所述目标光场与所述面内旋转状态按照轨道
‑
旋转匹配调制机制进行匹配，获得所述轨道
‑
旋转匹配数据集。
[0012]优选地，在本专利技术所构造的轨道角动量滤模装置构建方法中，所述轨道
‑
旋转匹配调制机制表示为：
[0013][0014][0015][0016]其中，O
c1
为轨道旋转匹配时的输出场分布，O
c2
为轨道旋转不匹配时的输出场分布，R1(α)为第一旋转矩阵，R2(α)为第二旋转矩阵，M
p
为标量传输矩阵，(x,y)为二维空间位置坐标，为第一相位分布，为第二相位分布，|l1>为l1阶轨道角动量模式的涡旋光场分布，∑|S
i
>为不同方向所有散射光的叠加，α为旋转角。
[0017]优选地，在本专利技术所构造的轨道角动量滤模装置构建方法中，在所述根据所述轨道
‑
旋转匹配数据集求解相位屏的相位分布，获得求解结果步骤中，包括以下步骤：
[0018]根据菲涅尔衍射定律和光场传输规律构建衍射神经网络模型；
[0019]根据所述衍射神经网络模型，结合梯度下降和/或误差反向传播算法，求解相位屏最佳相位分布，获得所述求解结果。
[0020]优选地，在本专利技术所构造的轨道角动量滤模装置构建方法中，所述求解相位屏最佳相位分布，获得所述求解结果步骤中，包括以下步骤：
[0021]建立所述轨道角动量滤模装置的前向传播模型；
[0022]将混合阶涡旋光束的光场分布作为所述前向传播模型的输入，将滤除目标模式后的光场分布作为所述前向传播模型的输出；
[0023]根据输入和输出训练所述前向传播模型，直到所述前向传播模型的损失函数的函数值下降到预设阈值，获得所述求解结果。
[0024]优选地，在本专利技术所构造的轨道角动量滤模装置构建方法中，所述损失函数具体为：
[0025][0026]其中，L为损失函数的函数值，B为样本数目，i为样本编号，M为采样大小，E
i
为第i个预测输出光场，G
i
为第i个目标输出光场。
[0027]优选地，在本专利技术所构造的轨道角动量滤模装置构建方法中，所述根据所述求解结果获得轨道角动量滤模装置步骤中，包括以下步骤：
[0028]从所述求解结果中提取所述最佳相位分布；
[0029]将所述最佳相位分布按照预设间距进行空间级联，获得轨道角动量滤模装置。
[0030]本专利技术还构造了一种轨道角动量滤模装置，应用上述任一项所述的轨道角动量滤模装置构建方法构建而成。
[0031]本专利技术还构造了一种轨道角动量滤模方法，基于上述的轨道角动量滤模装置实现，包括以下步骤：
[0032]将单一偏振的混合阶涡旋光束输入已调整到第三相位分布的所述轨道角动量滤模装置；
[0033]所述轨道角动量滤模装置通过轨道
‑
旋转匹配调制将输入的混合阶涡旋光束中的第一轨道角动量模式散射，进而选择性地过滤所述第一轨道角动量模式。
[0034]优选地，在本专利技术所构造的轨道角动量滤模方法中，还包括步骤：将所述轨道角动量滤模装置调整到第四相位分布，改变轨道
‑
旋转匹配状态，所述轨道角动量滤模装置通过
轨道
‑
旋转匹配调制将输入的混合阶涡旋光束中的第二轨道角动量模式散射，进而选择性地过滤所述第二轨道角动量模式。
[0035]通过实施本专利技术，具有以下有益效果：
[0036]本专利技术所提供的轨道角动量滤模装置、方法及装置构建方法，该轨道角动量滤模装置构建方法包括以下步骤：匹配目标光场和对应的面内旋转状态，获得轨道
‑
旋转匹配数据集；根据轨道
‑
旋转匹配数据集求解相位屏的相位分布，获得求解结果；根据求解结果获得轨道角动量滤模装置。该轨道角动量滤模装置构建方法通过大量匹配结果获得的轨道
‑
旋转匹配数据集并求解出相位屏的相位分布，形成可以对轨道角动量模式进行过滤的轨道角动量滤模装置，其滤模精度更高，且轨道角动量模式与相位屏的面内旋转状态一一对应，形成的轨道角动量滤模装置通过旋转相位屏即可实现轨道角动量模态滤除的切换，具有操作简单、滤模纯度高和滤除模式可切换的优点。
附图说明
[0037]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0038]图1是本专利技术第一实施例中轨道角动量滤模装置构建方法的流程图；
[0039]图2是本专利技术第二实施例中轨道角动量滤模装置的结构示意图；
[0040]图3是本专利技术第四实施例中轨道角动量滤模方法的流程图。
具体实施方式
[0041]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道角动量滤模装置构建方法，其特征在于，包括以下步骤：匹配目标光场和对应的面内旋转状态，获得轨道
‑
旋转匹配数据集；根据所述轨道
‑
旋转匹配数据集求解相位屏的相位分布，获得求解结果；根据所述求解结果获得轨道角动量滤模装置。2.根据权利要求1所述的轨道角动量滤模装置构建方法，其特征在于，在所述匹配目标光场和对应的面内旋转状态，获得轨道
‑
旋转匹配数据集步骤中，包括以下步骤：获取不同轨道角动量模式的所述目标光场；将不同轨道角动量模式的所述目标光场与所述面内旋转状态按照轨道
‑
旋转匹配调制机制进行匹配，获得所述轨道
‑
旋转匹配数据集。3.根据权利要求2所述的轨道角动量滤模装置构建方法，其特征在于，所述轨道
‑
旋转匹配调制机制表示为：匹配调制机制表示为：匹配调制机制表示为：其中，O
c1
为轨道旋转匹配时的输出场分布，O
c2
为轨道旋转不匹配时的输出场分布，R1(α)为第一旋转矩阵，R2(α)为第二旋转矩阵，M
p
为标量传输矩阵，(x,y)为二维空间位置坐标，为第一相位分布，为第二相位分布，|l1>为l1阶轨道角动量模式的涡旋光场分布，∑|S
i
>为不同方向所有散射光的叠加，α为旋转角。4.根据权利要求1所述的轨道角动量滤模装置构建方法，其特征在于，在所述根据所述轨道
‑
旋转匹配数据集求解相位屏的相位分布，获得求解结果步骤中，包括以下步骤：根据菲涅尔衍射定律和光场传输规律构建衍射神经网络模型；根据所述衍射神经网络模型，结合梯度下降和/或误差反向传播算法，求解相位屏最佳相位分布，获得所述求解结果。5.根据权利要求4所述的轨道角动量滤模装置构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊敏，陈嘉富，黄泽斌，王佩佩，李瑛，范滇元，陈书青，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：