[发明专利]一种折叠超表面单片集成涡旋光束复用解复用装置

说明书

本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种折叠超表面单片集成涡旋光束复用解复用装置，包括平行间隔设置的两块金属薄膜、设置于两块金属薄膜之间的衬底、固定设置于其中一块金属薄膜靠近另一块金属薄膜一面的超表面阵列，两块金属薄膜均设置有用于透光的通孔，两个通孔分别与单模光纤阵列、涡旋光纤的一端面对准。本发明中可由涡旋光纤输入多路平行的高斯光束，经超表面阵列的变换得到同轴的复合涡旋光束，当然由于光路的可逆性，也可以实现复合涡旋光束变换得到高斯光束，因此实现了涡旋光束与高斯光束之间的复用解复用。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种折叠超表面单片集成涡旋光束复用解复用装置。

背景技术

自1992年Allen等人发现具有螺旋相位波前因子exp(ilθ)的光束携带角动量以来，轨道角动量光束，或称之为涡旋光迅速成为光学领域的研究热点之一。涡旋光束在光学捕获，光学成像，量子信息技术，光通信等领域都具有广泛的应用。其中，在光通信领域，利用涡旋光束将有希望发展出下一代光通信技术。由于传统的以波分复用等为主的光通信技术逐渐趋向容量瓶颈，利用涡旋光能够开辟光的空间维度，进而通过空分复用提高光通信的容量。然而，到目前为止，为进行涡旋光束的大容量通信，仍然需要解决一些问题。这些问题主要包括涡旋光束的复用解复用，适用涡旋光空分复用的光纤，低复杂度的通信信号处理算法等。其中关键核心所在便是设计集成低损耗的复用解复用器件。

为解决上述技术问题，中国专利CN110989088B公开了一种基于透镜和超表面透镜的复用/解复用装置，包括：第一透镜、第二透镜，所述第一透镜的焦平面与多芯光纤的一端面重合；所述第二透镜包括基底、超表面透镜阵列；所述超表面透镜阵列位于所述基底的一侧面上，所述超表面透镜阵列包括第一数量的超表面透镜，所述超表面透镜的焦平面与单芯光纤阵列的一端面重合；第一透镜用于将所述多芯光纤的不同纤芯的出射光束准直为具有不同出射角的平行光束，所述第二透镜用于将多个平行光束分别聚焦耦合至不同的单芯光纤，实现空分解复用功能。但是这样的方案不能实现涡旋光束与高斯光束之间的转换。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种可实现涡旋光束与高斯光束转化的折叠超表面单片集成涡旋光束复用解复用装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种折叠超表面单片集成涡旋光束复用解复用装置，包括平行间隔设置的两块金属薄膜、设置于两块金属薄膜之间的衬底、固定设置于其中一块金属薄膜靠近另一块金属薄膜一面的超表面阵列，两块金属薄膜均设置有用于透光的通孔，两个通孔分别与单模光纤阵列、涡旋光纤的一端面对准。

本发明中可由涡旋光纤输入多路平行的高斯光束，经超表面阵列的变换得到同轴的复合涡旋光束，当然由于光路的可逆性，也可以实现复合涡旋光束变换得到高斯光束，因此实现了涡旋光束与高斯光束之间的复用解复用。

优选地，上述的超表面阵列呈直线阵列。

优选地，上述的超表面阵列中的一个超表面为透射型超表面，其余均为反射型超表面，所述透射型超表面与相靠近的金属薄膜上的通孔配合。

优选地，上述的超表面阵列包括依次直线排列的第一反射型超表面、第二反射型超表面、第三反射型超表面、第四透射型超表面。其中，第一反射型超表面与第二反射型超表面用于对光束进行整形，使输入的高斯光束转化为负复合的矩形平面光束，当然在此过程中，可先采用GS算法对第一反射型超表面的光束进行优化，使其输出特定的光强，然后调整第二反射型超表面使其相位与第一反射型超表面相位匹配。

优选地，上述的两块金属薄膜分别为第一金属薄膜和第二金属薄膜，所述超表面阵列设置于所述第二金属薄膜的一面上，所述第一金属薄膜上设置的通孔为第一通孔，所述第二金属薄膜上设置的通孔为第二通孔，所述第一通孔与涡旋光纤的一端面对准，所述第二通孔与单模光纤阵列的一端面对准。