[发明专利]一种用于矢量模式信道的数据交换装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于矢量模式信道的数据交换装置及方法，所述装置包括：依次设置在同一光轴上的第一偏振变换元件、第二偏振变换元件以及第三偏振变换元件，第一偏振变换元件用于将三个输入的矢量模式中不需要进行数据交换的第一矢量模式还原为基模；第二偏振变换元件用于将三个输入的矢量模式中除基模外的第二矢量模式和第三矢量模式进行数据交换，同时维持基模不变；第三偏振变换元件用于抵消第一偏振变换元件带来的调制效果，控制第二矢量模式和第三矢量模式的矢量模式信道交换，且第一矢量模式的矢量模式信道不发生改变。本发明的整个过程中未涉及光‑电‑光转换，实现了全光信息处理，且偏振变换元件为无源器件，能减少系统的功率损耗。

技术领域

本发明涉及光学及光通信技术领域，尤其涉及的是一种用于矢量模式信道的数据交换装置及方法。

背景技术

矢量光作为一种偏振态呈空间非均匀分布的光束，由于其具有独特的光学特性，使其在光镊、激光加工、光学成像、通信等领域具有广泛的应用。同时，其携带的矢量模式为正交的模式集，故不同偏振阶数的矢量模式之间是相互正交的，且理论上矢量模式具有无穷的正交区间。因此，将矢量模式作为一种新的自由度引入到光通信中，与幅度、相位、频率等维度一起作为信息的调制和复用方式，将会极大地提高通信系统的容量，满足人们日益增长的信息容量需求。作为少模光纤的本征解，矢量模式还能够在少模光纤中稳定传输且具有较低的串扰。相关的研究对此进行了严格的理论及实验证明。总的来说，矢量模式复用在自由空间及光纤通信中都具有很好的应用前景。

然而，目前有关的研究都是集中于点对点的通信系统研究，但是在实际的通信系统中，如波分复用系统，为了满足多用户的应用场景，可重构的网络功能是必不可少的，包括数据信道的交换和切换等潜在的功能需求。而现有技术有关矢量模式数据信道的交换方面的研究仍有待发展。

因此，针对上述缺陷，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于矢量模式信道的数据交换装置及方法，在发明中，先利用第一偏振变换元件将不需要进行信道切换的矢量模式转换为基模；然后利用设计好的第二偏振变换元件将需要进行数据交换的两矢量模式信道进行预交换，同时不对基模进行转换；最后利用第三偏振变换元件抵消第一偏振变换元件带来的模式调制效果，将基模转换为无须转换的初始矢量模式，同时对预交换的矢量模式进行模式变换，将其转换为所需要的矢量模式信道。最终，利用三块设计好的偏振变换元件可实现两特定矢量模式信道间的数据交换，同时保证其余矢量模式信道不发生变化。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于矢量模式信道的数据交换装置，其中，所述用于矢量模式信道的数据交换装置包括：

第一偏振变换元件、第二偏振变换元件以及第三偏振变换元件，所述第一偏振变换元件、所述第二偏振变换元件和所述第三偏振变换元件依次设置在同一光轴上；

所述第一偏振变换元件用于将三个输入的矢量模式中不需要进行数据交换的第一矢量模式还原为基模；

所述第二偏振变换元件用于将三个输入的矢量模式中除所述基模外的第二矢量模式和第三矢量模式进行数据交换，同时维持所述基模不变；

所述第三偏振变换元件用于抵消所述第一偏振变换元件带来的调制效果，控制所述第二矢量模式和所述第三矢量模式的矢量模式信道交换，且所述第一矢量模式的矢量模式信道不发生改变。

所述用于矢量模式信道的数据交换装置，其中，所述第一偏振变换元件的空间旋转速率为待转换为基模的所述第一矢量模式的偏振阶数的一半。

所述用于矢量模式信道的数据交换装置，其中，所述第二偏振变换元件为中间区域镂空的偏振变换元件，镂空区域的孔径由基模光的尺寸确定。