[发明专利]完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置

权利要求书

1.一种完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于包括：完美涡旋轨道角动量复用端模块；空心光纤传输模块；完美涡旋轨道角动量解复用端模块；

所述的完美涡旋轨道角动量复用端模块包括：沿波分复用的调制信号光束方向依次是第一M×N单模光纤阵列(101)、M×N光纤耦合输出镜阵列(102)、M×N半径补偿板阵列(103)、第一准直透镜(104)、完美涡旋编码光栅(105)、第一可调光阑(106)、空心光纤耦合输入镜(107)和空心光纤耦合输入端(108),其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数；

所述的完美涡旋轨道角动量解复用端模块包括：沿空心光纤(001)传输的轨道角动量复用光信号方向依次是空心光纤耦合输出端(201)、空心光纤耦合输出镜(202)、第二可调光阑(203)、第二准直透镜(204)、共轭完美涡旋编码光栅(205)、M×N光纤耦合输入镜阵列(206)、第二M×N单模光纤阵列(207)和M×N光电探测器阵列(208)，其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数；

所述的空心光纤传输模块由一根长距离空心光纤(001)组成，其分别通过空心光纤耦合输入端(108)和空心光纤耦合输出端(201)与所述的完美涡旋轨道角动量复用端模块和完美涡旋轨道角动量解复用端模块相连。

2.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的空心光纤(001)、空心光纤耦合输入端(108)和空心光纤耦合输出端(201)的截面的中心圆形区域为空气，中心圆形空气层之外由内到外依次为环形纤芯层、环形包层和环形涂覆层，且其截面上折射率分布满足：n₁>n₃>n₂>n₀，其中，n₁为环形纤芯层折射率；n₂为环形包层折射率；n₃为涂覆层折射率；n₀为空气折射率。

3.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的第一M×N单模光纤阵列(101)与M×N光纤耦合输出镜阵列(102)出射的是发散的球面波，且其发散球面波的球心位于第一准直透镜(104)的前焦面内；所述的完美涡旋编码光栅(105)处在第一准直透镜(104)的后焦面上；第一准直透镜(104)的前焦面和空心光纤耦合输入端(108)的耦合端面关于空心光纤耦合输入镜(107)成一对物像共轭关系，即满足关系式其中，u₁为第一准直透镜(104)的前焦面与空心光纤耦合输入镜(107)的距离，v₁为空心光纤耦合输入镜(107)与空心光纤耦合输入端(108)的耦合端面的距离，f₁为空心光纤耦合输入镜(107)的焦距；所述的第一M×N单模光纤阵列(101)、M×N光纤耦合输出镜阵列(102)和M×N半径补偿板阵列(103)在空间上是按照M×N二维矩形阵列排布，且最中心位置处是缺少一路光纤及相应的光纤耦合输出镜和半径补偿板；其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数。

4.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的第二M×N单模光纤阵列(207)与M×N光纤耦合输入镜阵列(206)入射的是发散的球面波，且其发散球面波的球心位于第二准直透镜(204)的后焦面内；所述的共轭完美涡旋编码光栅(205)处在第二准直透镜(204)的前焦面上；所述的第二M×N单模光纤阵列(207)、M×N光纤耦合输入镜阵列(206)和M×N光电探测器阵列(208)在空间上是按照M×N二维矩形阵列排布，且最中心位置处是缺少一路光纤及相应的光纤耦合输入镜和光电探测器；其中，M和N均为大于1的整数；第二准直透镜(204)的前焦面和空心光纤耦合输出端(201)的耦合端面关于空心光纤耦合输出镜(202)成一对物像共轭关系，即满足关系式其中，u₂为空心光纤耦合输出镜(202)与空心光纤耦合输出端(201)的耦合端面的距离，v₂为第二准直透镜(204)的前焦面与耦合输出镜(202)的距离，f₂为空心光纤耦合输出镜(202)的焦距。