【技术实现步骤摘要】
涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统
[0001]本专利技术主要涉及到光纤激光相干合成
，尤其是一种涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统
。
技术介绍
[0002]结构光场凭借振幅
、
相位
、
偏振和相干度等特征调控形成了丰富的空间分布
。
其中，涡旋光束是一种最常见的新型结构光束，环形分布的强度
、
螺旋相位结构和携带轨道角动量的独特性质使其在自由空间光通信
、
激光加工
、
超分辨率光成像
、
光镊等领域具有广阔的应用前景
。
特别是在光通信的相关应用场景中，由于不同轨道角动量态的涡旋光束彼此间相互正交，涡旋光束的角量子数可取任意整数，理论上可将信道容量拓展至无穷
。
通过模式复用的方式，可拓展传统光通信的信道容量，在接收端进一步对复用模式进行解复用后，便可实现数据传输等功能
。
因此，涡旋光的模式复用与检测技术也成为了当前的研究热点
。
[0003]对于远距离的自由空间光通信不仅需要高性能的涡旋光束，也对涡旋光束传输过程中的功率提出了要求
。
目前，大部分产生涡旋光束的方法均有一定的输出功率限制，光纤激光相干合成技术凭借灵活可控的分孔径排布阵列，在高功率输出方面具有一定的潜力，且在相位控制方法和光束传输特性方面已经开展了深入研究
。
但是，为了提升输出光场的功率以及通信距离，对于光纤激光相干...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统，其特征在于，包括：模式复用子系统，基于光纤激光相干合成光路产生多路单元光束，多路单元光束在发射面排布成圆形阵列输出，所述圆形阵列由两个以上同圆心的圆环形子阵列组成且每个圆环形子阵列负责产生具备不同轨道角动量的的涡旋光束，任意选取几个不同拓扑荷数的圆环形子阵列相干叠加在远场形成相应的复用模式；轨道角动量谱的测量子系统，采集模式复用子系统输出的一小部分圆形阵列光束，采集到的圆形阵列光束经空间滤波系统对复用模式的旁瓣滤除后传输到加载有模式解耦功能的空间光调制器，并聚焦至光电探测模块，由光电探测模块接收解耦后的光强图像，并利用图像处理模块对光电探测模块采集的光强图像进行分析处理，从而完成涡旋光的轨道角动量谱的测量
。2.
根据权利要求1所述的涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统，其特征在于，所述模式复用子系统包括种子源
、
光纤分束器
、
相位调制器
、
级联光纤放大器和准直器阵列；光纤分束器具有
N
个输出端，所述种子源输出的种子激光经光纤分束器后分成
N
束单元光束，光纤分束器的各输出端分别对应连接一路相位调制器
、
级联光纤放大器和准直器阵列；
N
个准直器阵列将多路单元光束按照圆形阵列的排布方式进行拼接并准直输出
。3.
根据权利要求1或2所述的涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统，其特征在于，单个圆环形子阵列均由沿着角向均匀分布的单元光束构成，各圆环形子阵列上各路单元光束的束腰半径为
w0，波长为
λ
，光束口径为
d
，出射振幅为
A0，第
i
层圆环形子阵列上各单元光束中心和圆形阵列中心的间距为
R
i
，
i
＝
1,2,3,...,n
，其中第
n
层圆环形子阵列为距离圆形阵列中心最远的最外层圆环形子阵列
。4.
根据权利要求3所述的涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统，其特征在于：所述模式复用子系统还包括高反射镜
、
分光镜
、
聚焦透镜
、
光电探测模块和控制模块；发射面输出的圆形阵列光束经过高反射镜分为两部分，由高反射镜反射出的大部分功率的圆形阵列光束在自由空间中传输，另外由高反射镜透射出的小部分功率的圆形阵列光束又通过分光镜分为两束，其中一束经聚焦透镜后由光电探测模块接收后转换为电信号传输至控制模块，控制模块通过运行相位优化控制算法进行信号处理生成光纤激光相干合成光路中各路单元光束对应的相位控制信号，并传送至对应的相位调制器，补偿光纤激光相干合成光路的相位噪声或是调控活塞相位
。5.
根据权利要求4所述的涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统，其特征在于：所述相位优化控制算法为随机并行梯度下降算法
、
模拟退火算法或粒子群优化算法
。6.
根据权利要求4或5所述的涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统，其特征在于：所述空间滤波系统由两个聚焦透镜和一个光阑构成，光阑位于两个聚焦透镜之间
。7.
根据权利要求6所述的涡旋光模式复用与轨道角动量谱检测系统，其特征在于：所述空间光调制器加载的相位...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雨秋，殳博王，常洪祥，冷进勇，吴坚，李俊，李灿，周朴，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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