[0001] 本发明涉及 OAM解复用技术， 尤其涉及基于干涉分离技术的 OAM检测技术。

背景技术

[0002] 根据麦克斯韦方程， 电磁福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 (Spin Angular Momentum, SAM) 和轨道角动量 (Orbital Angular Momentum, 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证明携带有的相位因子的电磁波带有电� �轨道 角动量 (OAM)， 其中代表 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。

[0003] 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渦旋 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 O AM态的选取要求严格， 并且不可变， 不同 OAM态的渦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。

发明概述

技术问题

问题的解决方案 技术解决方案

[0004] 本发明通过将复合 OAM态的渦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 0 AM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。

[0005] 为了解决现有技术中问题， 本发明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。

[0006] 作为本发明的进一步改进， 所述复合相位全息图是通过空间光调制器和 MATL AB仿真软件设计。

[0007] 作为本发明的进一步改进， 所述 SLM是一个 1280X1280像素的空间光调制器， 更新频率为 20us。

[0008] 作为本发明的进一步改进， 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的相位变化。

[0009] 作为本发明的进一步改进， 还包括 CCD光学相机， 分别设置用来收集 SLM2和 S LM3处的图片。

[0010] 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：

[0011] (1)当一束复合 OAM态的渦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° ;

[0012] (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 0 AM态；

[0013] (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态的复合渦旋光束 ， 输出端口 B的是偶数 OAM态复合的渦旋光束， 两个端口输出的复合渦旋光束 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 的渦旋光束转化为高斯亮点， 实现 OAM信道的解复用。

[0014] 作为本发明的进一步改进， 还包括如下步骤： 通过更新 SLM1的相位全息图来 改变发送的复合渦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。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] 本发明利用渦旋光束的干涉特性， 通过相差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 。 分离后的复合渦旋光束， 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。

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 图 1是基于干涉分离技术的高效 OAM解复用系统框架图；

[0018] 图 2是通过奇偶分离后的不通过端口所得到的复� �渦旋光束；

[0019] 图 3是不同端口的复合渦旋光束经过高效复合相� �全息图的解复用光强图；

[0020] 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。

发明实施例

本发明的实施方式 [0021] 下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0022] 本发明是基于传统的渦旋光束干涉分离技术， 根据实际应用进行设计的。 根据 渦旋光束不同 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 (DP 1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。

[0023] 基于干涉分离技术的 OAM解复用方法， 具体步骤如下：

[0024] (1)当一束复合 OAM态的渦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 (Ml和 M2) 和两个单面分束器 (BS : Beam splitters) 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 DPI和 DP2的摆放位 置， 以实现渦旋相位的旋转。

[0025] (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。

[0026] (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态的复合渦旋光 束， B端口输出的是偶数 OAM态复合的渦旋光束。 两个端口输出的复合渦旋光 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 态的渦旋光束转化为高斯亮点， 实现 OAM信道的解复用。

[0027] SLM是一个 1280X1280像素的空间光调制器， 更新频率为 20us。

[0028] 渦旋激光为氨氖激光， 其波长为 1550nm， 束腰半径为 3.5mm， 传输距离为 lm

[0029] 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的相位变化

[0030] 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位的操控。

[0031] 实施例 1:

[0032] 下面结合实施例对本发明进一步说明。

[0033] (1)选取一组不同 OAM态的渦旋光束作为基底， 按照奇偶分类， 可以分为和。

根据这两个子基底的拓扑荷生成平均能量分布 的相位全息图， 并分别将其固定 到 SLM2和 SLM3中作为解复用装置；

[0034] (2)假设传输一种灰度图， 将图像的每个灰度值转化为二进制， 每八个信息位 对应一组拓扑荷， 例如 01101000对应为， 输入到所设计的迭代算法里用来生成 复合全息图， 并输入到 SLM1中作为编码端；

[0035] (3)在发射端， 一束氨氖激光器发射的高斯光束入射到 SLM1上就会生成带有多 个 OAM态的复合渦旋光束， 并且携带相应的信息在自由空间中进行传输；

[0036] (4)经过一段时间的传输后， 到达接收端。 复合的渦旋光束首先进入 OAM干涉 分离装置， 在端口 A输出奇数拓扑荷复合的渦旋光束， 例如的复合渦旋光束， 在 端口 B输出；

[0037] (5)通过更新 SLM1的相位全息图来改变发送的复合渦旋光束� �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。

[0038] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明 所作的进一步详细说明， 不能认 定本发明的具体实施只局限于这些说明。 对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。