[发明专利]一种新型涡旋达曼光栅模型及动态可重构路由系统

说明书

本发明适用于自由空间光通信领域，提供了一种新型涡旋达曼光栅模型及动态可重构路由系统；所述新型涡旋达曼光栅模型加载于空间光调制器上，用于将入射光束分为若干衍射级次，对于任一衍射级次对应轨道角动量光束的拓扑核值可自定义，使得所述空间光调制器可根据其加载的新型涡旋达曼光栅模型定义的拓扑核信息对空间光进行调制。利用本发明提供的新型涡旋达曼光栅模型可以实现多个OAM信道的并行检测，极大的简化了系统并且拓展了可利用的OAM信道的数量，在作为解调器件时能量利用率高且各信道的能量平均，便于检测，同时使用一个空间光调制器切换不同的光栅就可以实现轨道角动量信道之间的动态路由。

技术领域

本发明属于自由空间光通信领域，尤其涉及一种新型涡旋达曼光栅模型及动态可重构路由系统。

背景技术

无论是移动通信还是互联网通信系统，以及其它的众多通信系统，系统性能的提升都需通过提高系统容量(Capacity)和降低误码率(Bit Error Rate，BER)来实现。为了不断提高系统容量，人们在不同的传输媒介(电缆、光纤、自由空间等)上开发出了不同的复用方式，包括时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)，码分复用(Code DivisionMultiplexing CDM)，频分复用(Frequency Division Multiplexing FDM)以及空分复用(Space Division Multiplexing SDM)等。为了不断降低系统误码率，人们开发出了不同的信源编码(Source Coding)、调制方式(Modulation Format)和信道编码(Channel Coding)方式。随着大数据(Big Data)时代的来临，未来的通信系统需要更高的容量和更好的可靠性。面对指数级增长的需求，寻找新型复用方式来实现各种动态路由功能迫在眉睫。而轨道角动量光束由于其独特的先天优势，将为未来通信系统提供极具潜力的解决方案。

轨道角动量光束是一种具有螺旋型相位的特殊光场分布。它的光场的表达式中含有exp(ilφ)一项，可见整数l就表示光束传播一个波长的光程，相位变化l个2π，l被称为拓扑核，是表征轨道角动量光束的重要参数。l可取任意的整数。之前有许多研究表明,不同拓扑核值轨道角动量光束之间是相互正交的，做内积的结果为0。这就为轨道角动量光束实现复用提供了理论基础。也就是说具有不同l值的轨道角动量光束是电磁波在自由空间和圆柱形波导中传播的正交本征模式集合，因而是彼此独立、可分离的。这一特性与光束的频率、偏振等特性无关，为通信技术提供了一个新的可利用维度。同时理论和实验表明，这种轨道角动量光束光场中的每个光子具有特定的轨道角动量(OAM,Orbital AngularMomentum)值，为理论上l的可能取值范围为所有整数值(l＝0，±1，±2,…±∞)。这一点在量子通信中得到了广泛的应用。