[发明专利]一种基于轨道角动量光的复用器解复用器

说明书

本发明涉及光通信的技术领域，更具体地，涉及一种基于轨道角动量光的复用器解复用器。一种基于轨道角动量光的复用器解复用器，其中，包括复用器主体，单模光纤、少模光纤，所述单模光纤在复用器主体的一端，少模光纤在复用器主体的另一端；所述复用器主体是一个集成光学器件，它包括整形区、傅里叶变换区、几何变换区、相位纠正区；整形区和几何变换区分别位于傅里叶变换区的左右，且刚好是一个焦距。本发明所述器件具有制作简单、损耗低、工作稳定、使用方便等优点，可被广泛应用于自由空间光通信，光纤通信，量子通信等领域。

技术领域

本发明涉及光通信的技术领域，更具体地，涉及一种基于轨道角动量光的复用器解复用器。

背景技术

涡旋光场是具有螺旋型波前的特殊光场。涡旋光由于其独特的动力学特性、轨道角动量特性和拓扑结构等特点，因此其在光学微操纵、光学显微成像、光通信、量子信息、光学散斑以及远程传感等领域都具有重要研究价值，尤其在扩大光通信容量领域具有极大的潜力。

以波分复用为主的复用技术是目前扩大光通信容量的主要手段，随着现有复用技术逐渐接近技术瓶颈，人们需要一种新的能与现有复用技术兼容的复用技术。而涡旋光具有的特性：轨道角动量取值范围为无穷大，拥有不同轨道角动量的涡旋光彼此正交使得涡旋光成为下一代复用技术的最佳候选之一。因此，复用/解复用涡旋光以扩大光通信容量成为研究重点。

传统的光束复用/解复用方法是利用分束器，分束器能够将两路光进行合束与分束，因此可以利用分束器做涡旋光束的复用与解复用。但是光束每经过一次分束器就会有一定比例的能量损失，并且分束器只能将两路光分开和合束，当需要合束多路光时，则需要更多的分束器，并且产生更多的能量损失。所以使用分束器进行光束的复用与解复用具有系统复杂，能量损耗大的缺点。另外一种涡旋光束的复用与解复用方法是利用达曼涡旋光栅来完成涡旋光的复用与解复用。达曼光栅能够将多路沿着不同角度入射的高斯光变成同轴正交的涡旋光，也能将同轴的涡旋光分离到不同的角度上，并且将涡旋光重新变回高斯光，但是达曼涡旋光栅的能量损耗较大，当达曼涡旋光栅对N路光束进行操作时，只有1/N的能量得到有效利用。

为了能够在低损耗下复用/解复用涡旋光束，光学几何变换被引入到涡旋光束的复用与解复用中。光学几何变换能够将圆环形强度分布的涡旋光与倾斜的平面光波之间进行互相转换，倾斜的平面光波随后由傅里叶透镜分离到不同信道。理论上，光学几何变换没有能量损失，除了光学器件造成的损耗外没有其他能量损失，因此光学几何变换具有损耗低的优点。但是光学几何变换需要由多个光学器件来完成，因此具有系统繁杂，受外界影响大，使用不方便等缺点。

为了能够将光学几何变换直接应用在实际生产、生活中，我们需要一种低损耗的，使用方便的集成器件。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于轨道角动量光的复用器解复用器，采用飞秒激光器利用加热诱导折射率改变的方法制作一个小型集成器件，用于实现低损耗下的，涡旋光束的复用与解复用。

本发明的技术方案是：一种基于轨道角动量光的复用器解复用器，其中，包括复用器主体，单模光纤、少模光纤，所述单模光纤在复用器主体的一端，少模光纤在复用器主体的另一端；所述复用器主体是一个集成光学器件，它包括整形区、傅里叶变换区、几何变换区、相位纠正区；整形区和几何变换区分别位于傅里叶变换区的左右；整形区与傅里叶变换区的距离刚好是一个焦距；几何变换区与傅里叶变换区的距离刚好是一个焦距。

进一步的，所述的复用器主体由玻璃、陶瓷、晶体、有机聚合物透明材料中的任一一种制作而成。

器件采用飞秒激光作为加工方法；飞秒激光照射材料内部，加热被照射区域，诱导被照射区折射率发生改变，改变被照射区的位置，即可在材料内部刻写出一个需要的折射率区，该折射率区可以实现一定的功能，将多个折射率区组合在器件内部即可在器件内部集成一个微光学系统。