[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

说明书

本专利涉及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，该光纤耦合装置主要包括：完美涡旋轨道角动量复用端，空心光纤，及完美涡旋轨道角动量解复用端。所述的光纤耦合装置可以实现多路单模光纤输入信号经过完美涡旋编码光栅耦合进入同一根特殊设计的空心光纤中。此外，所述的光纤耦合装置还可以实现经过空心光纤长距离传输的多路信号经过完美涡旋编码光栅解复用分别耦合进入多路单模光纤实现多路信号解调。这种完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置在高速光纤通信方面具有重要的潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及新型光纤通信轨道角动量复用技术，特别是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。

背景技术

涡旋光束是指具有螺旋相位波前的激光束，其螺旋相位可以表示为其中l称为该螺旋相位的拓扑荷，为角向坐标。正是由于这种螺旋相位波前结构，涡旋光束的中心点具有相位不确定点，这个特殊的点称为相位奇点，并且在该点处的幅值为零。不同拓扑荷l的光学涡旋携带的轨道角动量不同，且相互之间模式完全正交，因而可以在共轴传播或者耦合入光纤中传播携带不同轨道角动量的不同模式涡旋光束不会形成串扰。因而，这种轨道角动量提供了用于信息复用的新的自由度，从而光学涡旋在高速光通信方面具有广泛的应用前景，也得到了大家的广泛关注。

然而，光学涡旋在空间传输往往会受到大气扰动等因素的影响。如果能够将不同轨道角动量的光学涡旋同时耦合到一根光纤中传输，那么就可以大大降低气流扰动等因素的影响。然而，传统的光学涡旋的亮环半径是随拓扑荷的增加而增大的，因而很难将多个携带不同轨道角动量的涡旋光束耦合到同一根光纤并传输。2013年，墨西哥科学家Ostrovsky等人首次提出完美光学涡旋概念，这种完美涡旋的环半径与拓扑荷无关【Opt.Lett.38,534(2013)】。最近，我们提出了一种可以同时产生大量携带不同轨道角动量的完美涡旋的相位编码光栅，可以在透镜傅立叶变换面上产生几十到上百个携带不同轨道角动量的完美涡旋阵列【先前技术ZL201510210527.1】。本发明提出了一种利用这种编码光栅可以实现大量携带不同拓扑荷的完美涡旋光束的轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置。

发明内容

本发明提出一种可以实现大量携带不同拓扑荷的完美涡旋光束的轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置。所述的光纤耦合装置可以实现由传统的单模光纤输出的多路调制信号通过一个完美涡旋编码光栅耦合到同一根特殊设计的空心光纤中实现稳定的传输，即实现多路调制信号光的轨道角动量复用。此外，所述的光学耦合装置还可以实现经过长距离空心光纤传输之后多个信号经过完美涡旋编码光栅实现多路信号分别耦合进入多路单模光纤信道实现解复用。

本发明的技术解决方案如下：

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，其特点在于包括：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方向依次是M×N单模光纤阵列、M×N光纤耦合输出镜阵列、M×N半径补偿板阵列、准直透镜、完美涡旋编码光栅、可调光阑、空心光纤耦合输入镜和空心光纤耦合输入端，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、空心光纤耦合输出镜、可调光阑、准直透镜、共轭完美涡旋编码光栅、M×N光纤耦合镜阵列、M×N单模光纤阵列和M×N单模光电探测器阵列，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组成，空心光纤耦合输入端和空心光纤耦合输出端分别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。