[发明专利]实现多路涡旋光的面阵构建方法、装置、系统及面阵

说明书

本发明提供了一种实现多路涡旋光的面阵构建方法、装置、系统及面阵，涉及光通信技术领域，该方法包括根据多束待生成涡旋光确定待生成涡旋光在单一面阵各元胞位置处的振幅和相位；根据待生成涡旋光在各元胞位置处的振幅和相位分别计算各元胞位置处所排布纳米元胞的短轴长度和旋转角度；将具有不同的短轴长度和旋转角度的纳米元胞在对应的元胞位置处进行排布，构建用于实现多束待生成涡旋光的面阵。本发明通过振幅和相位的计算方式，使具有不同的短轴长度和旋转角度的纳米元胞实现不同的光场调控，可以避免光场调控的噪声；采用纳米元胞所构建的面阵，可以较大程度地缩减面阵的尺寸，进而有利于光学系统的微型化设计。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其是涉及一种实现多路涡旋光的面阵构建方法、装置、系统及面阵。

背景技术

具有多个不同拓扑荷的涡旋光的同时生成在光通信领域有重要应用。现有技术中有通过纯相位分布并利用GS(the Gale-Shapley algorith，盖尔-沙普利算法)算法来同时生成多个涡旋光，但是该方式需要用到较为复杂的GS迭代算法，且方法的基本理论决定了其固有噪声无法完全消除，因此在一些精密光通讯领域存在限制。或者现有技术中还有利用空间光调制器来生成多路涡旋光，但是，该方式整个系统的尺度一般在厘米量级，不利于集成化及微型化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面阵构建方法、装置、系统及面阵，可以有效避免光场调控的噪声，并且可以较大程度地缩减面阵的尺寸，进而可以有利于实现应用该面阵的光学系统的微型化设计。

本发明提供的实现多路涡旋光的面阵构建方法，包括：根据多束待生成涡旋光确定所述待生成涡旋光在面阵各元胞位置处的振幅和相位；其中，所述元胞位置为构建所述面阵的各纳米元胞的空间排布位置；根据所述待生成涡旋光在各元胞位置处的振幅和相位分别计算各元胞位置处所排布纳米元胞的短轴长度和旋转角度；将具有不同的所述短轴长度和所述旋转角度的纳米元胞在对应的元胞位置处进行排布，构建用于实现多束所述待生成涡旋光的面阵。

进一步的，所述根据多束待生成涡旋光确定所述待生成涡旋光在面阵各元胞位置处的振幅和相位的步骤，包括：根据待生成涡旋光和元胞设置条件确定所述待生成涡旋光在各元胞位置处的振幅和相位；其中，所述元胞设置条件为：

其中，A_i为所述待生成涡旋光在第i个元胞位置处的振幅，φ_i为所述待生成涡旋光在第i个元胞位置处的相位，c_j为第j个所述待生成涡旋光的预设权值，M为所述待生成涡旋光的个数，A_ji为第j个所述待生成涡旋光在第i个元胞位置处的约化振幅大小，φ_ji为第j个所述待生成涡旋光在第i个元胞位置处的预设相位大小。

进一步的，所述第j个所述待生成涡旋光在第i个元胞位置处的约化振幅大小的计算公式为：

其中，t_ji为第j个所述待生成涡旋光在所述第i个元胞位置处所排布纳米元胞的透过率，且t_ji＝1，v为自由空间坐标(x,y)，k_v为通过x、y描述的空间频率，为第i个元胞位置处所排布纳米元胞的等效大小。