一種解復(fù)用單元及其解復(fù)用oam信道的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種解復(fù)用單元及其解復(fù)用OAM信道的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的幾十年中，光通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺。 從最初的準(zhǔn)同步數(shù)字系統(tǒng)，到后來的同步數(shù)字系統(tǒng)，再到密集波分復(fù)用系統(tǒng)。伴隨摻鉺光纖 放大器技術(shù)的成熟，密集波分復(fù)用系統(tǒng)在目前通信系統(tǒng)中的運用日益廣泛。現(xiàn)代社會對數(shù) 據(jù)的傳輸速率的要求越來越高。在目前的技術(shù)條件下，光纖的帶寬資源（大約IOOnm量級） 是有限的。所以從長遠(yuǎn)來看，尋求新的通信復(fù)用維度是大勢所趨。而軌道角動量光束就為 光通信系統(tǒng)提供了這樣一個全新的復(fù)用維度，它可以在不展寬系統(tǒng)帶寬的前提下大幅度的 提升系統(tǒng)容量。
[0003] 下面先介紹一下軌道角動量光束的基本性質(zhì)以及它在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0004] 軌道角動量光束的波前呈現(xiàn)螺旋型分布的，軸上各點由于相位奇點的存在，干涉 相消而強度為零。也就是說，軌道角動量光束的遠(yuǎn)場衍射圖樣看起來就是一個光亮環(huán)，其中 心部分呈暗斑。這就是軌道角動量光束具有的兩個十分獨特的性質(zhì)，一是螺旋形波前，另一 個是相位奇點。根據(jù)電場的螺旋相位在傳播一個波長光程內(nèi)繞光軸旋轉(zhuǎn)2 31整數(shù)倍L，不同 的軌道角動量光束可以用拓?fù)浜蒐(TopologicalCharge)來表征，L可取任意的整數(shù)。理論 和實驗表明，這種軌道角動量光束光場中的每個光子具有特定的軌道角動量（0AM，Orbital AngularMomentum)值，為IA。:理論上L的可能取值范圍為所有整數(shù)值（L= 0, ±1，±2,… ± 0)。對于任意頻率的電磁波，大量研究已證明具有不同L值OAM波束是電磁波在自由 空間和圓柱形波導(dǎo)中傳播的正交本征模式集合，因而是彼此獨立、可分離的。這一特性為通 信技術(shù)提供了一個新的可利用維度。
[0005] 不同拓?fù)浜傻能壍澜莿恿抗馐鳛椴煌瑥?fù)用信道傳送信息，在傳輸?shù)倪^程中，這 些信道在空間上是交疊在一起的，因此在接收探測端就需要一種方法有效地將不同信道的 信息解調(diào)區(qū)分出來?，F(xiàn)在實驗和工程中比較常用的OAM光束檢測手段多是基于相位匹配的 檢測方法，其檢測原理如下。根據(jù)上面的介紹我們可知，OAM光束的遠(yuǎn)場衍射圖樣為環(huán)形亮 斑，拓?fù)浜傻慕^對值越大其圓環(huán)的半徑就越大，而普通的高斯光束（L=O)的遠(yuǎn)場衍射圖樣 為一個實心的亮斑。利用這一特點我們可以用軌道角動量為Lh的軌道角動量光束光束照 射到帶共輒的螺旋型相位exp(-iL0)的光學(xué)元件上時，將產(chǎn)生高斯光斑。單模光纖可以被 用于叉形光柵后焦面上以檢驗生成的光束是否為單一模式。將單模光纖替換為其它的探測 器，即可用相同的光學(xué)元件系統(tǒng)組成一個軌道角動量光束探測器：特定拓?fù)浜傻能壍澜莿?量光束被轉(zhuǎn)換成高斯光束，然后被高效地耦合進光纖或探測器中，進一步解調(diào)信息。這個 原理針對的是單一拓?fù)浜尚诺赖臋z測。對于軌道角動量復(fù)用系統(tǒng)來說，光束中含有N個拓 撲荷的軌道角動量光束（N為軌道角動量信道數(shù)），要想并行檢測這N個信道就需要先把光 束平均分成N份，在每一份中加載不同的共輒相位檢測不同拓?fù)浜傻能壍澜莿恿啃诺馈Ｎ?們可以看出這種檢測方法不僅結(jié)構(gòu)臃腫，而且對于單個信道來說只有1/N的能量得到了利 用，隨著信道數(shù)的增加，系統(tǒng)能量利用率成反比例迅速降低，這就嚴(yán)重制約了OAM復(fù)用技術(shù) 的應(yīng)用。OAM狀態(tài)本身具有無限種正交態(tài)，也就是可以提供無限個正交的軌道角動量信道， 但是檢測端卻限制了復(fù)用的信道數(shù)目不能太大，否則能量利用率過低，通信質(zhì)量也會隨之 降低?？梢妼で笠环N低損的并行檢測方法在OAM復(fù)用技術(shù)顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種解復(fù)用單元及其解復(fù)用OAM信道的方 法，旨在提供一種利用單一光學(xué)元件來實現(xiàn)高能量利用率的解復(fù)用OAM信道的方法。
[0007] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種解復(fù)用OAM信道的方法，所述解復(fù)用的步驟為：將N個 同心光環(huán)組成的N個軌道角動量信道照射到預(yù)設(shè)的環(huán)帶型叉形光柵上，經(jīng)過環(huán)帶型叉形光 柵的N個軌道角動量信道被還原成N個高斯亮點，并且被衍射到不同的位置；
[0008] 其中，N個軌道角動量信道分別對應(yīng)N個不同的拓?fù)浜?；所述環(huán)帶型叉形光柵由 N個同心的環(huán)帶狀叉形光柵疊加而成，所述環(huán)帶狀叉形光柵是在叉形光柵上取一個環(huán)帶形 成；所述環(huán)帶型叉形光柵的N個同心環(huán)帶的大小與所述N個軌道角動量信道的N個不同的 拓?fù)浜?對應(yīng)。
[0009] 進一步地，所述N個同心環(huán)帶中添加有N個不同拓?fù)浜傻墓草m螺旋相位。
[0010] 進一步地，所述N個同心環(huán)帶中添加有N個不同的閃耀系數(shù)。
[0011] 進一步地，所述N個不同的拓?fù)浜芍g的拓?fù)浜砷g距為不小于6的整數(shù)。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種解復(fù)用單元，沿光路方向包括：
[0013] 環(huán)帶型叉形光柵，用于解復(fù)用軌道角動量信道；即用于將如權(quán)利要求1-4任一項 所述的N個軌道角動量信道衍射出N個級次，在與軌道角動量拓?fù)浜沙煞窒鄳?yīng)的級次上出 現(xiàn)N個高斯亮點；
[0014] 顯微鏡組件，用于將所述N個高斯亮點耦合到光纖中。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供了一種解復(fù)用單元及其解復(fù) 用OAM信道的方法，利用環(huán)帶型叉形光柵來解復(fù)用OAM信道，一方面，使用單一光學(xué)元件就 可以實現(xiàn)信道的分離和多個OAM信道的并行低損檢測，極大的降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度；另 一方面，能量利用率得到了大幅度的提高，減少了由于信道能量均分帶來的較大的插入損 耗，并且由于在檢測的過程中不需要先將能量均分再分別檢測，所以理論上信道的能量利 用率接近100% ;再一方面，拓展了可利用的OAM信道的數(shù)量，在信號能量足夠高的情況下 甚至可以實現(xiàn)上百個OAM信道的并行低損檢測。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明實施例提供的復(fù)用和解復(fù)用系統(tǒng)的示意圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明實施例提供的拓?fù)浜蒐= 8的旁瓣壓縮后的軌道角動量光束衍射圖 樣；
[0018] 圖3是本發(fā)明實施例提供的復(fù)用在一起的軌道角動量信道圖樣；
[0019] 圖4是本發(fā)明實施例提供的與圖3中軌道角動量信道相對應(yīng)的環(huán)帶型叉形光柵；
[0020] 圖5是圖3所示的軌道角動量信道經(jīng)過圖4的環(huán)帶型叉形光柵解復(fù)用后的衍射圖 樣。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明的主要思想是：根據(jù)復(fù)用單元復(fù)用的N個軌道角動量信道設(shè)計合適尺寸的 環(huán)帶型叉形光柵，然后利用環(huán)帶型叉形光柵對N個軌道角動量信道進行信道的分離，進而 實現(xiàn)對分離后的信道進行并行低損的檢測。
[0023] 下面先介紹解復(fù)用單元實現(xiàn)解復(fù)用OAM信道的方法，具體為：將N個同心光環(huán)組成 的N個軌道角動量信道照射到預(yù)設(shè)的環(huán)帶型叉形光柵上，經(jīng)過環(huán)帶型叉形光柵的N個軌道 角動量信道被還原成N個高斯亮點，并且被衍射到不同的位置；
[0024] 其中，所述環(huán)帶型叉形光柵由N個同心的環(huán)帶狀叉形光柵疊加而成，所述環(huán)帶狀 叉形光柵是在叉形光柵上取一個內(nèi)徑為a外徑為b的叉形光柵組成；所述環(huán)帶型叉形光柵 的N個同心環(huán)帶的大小與所述N個軌道角動量信道的N個不同的拓?fù)浜梢灰粚?yīng)；拓?fù)浜?越大，環(huán)帶型叉形光柵中對應(yīng)的環(huán)帶的內(nèi)徑越大。
[0025] 通過選擇N個不同的拓?fù)浜?，?yīng)當(dāng)使相鄰?fù)負(fù)浜傻墓馐目讖较嗷ゲ唤化B。因為 經(jīng)過旁瓣壓縮的軌道角動量光束只分布在一個較小的環(huán)形孔徑中（a'KbJ，通過選擇適當(dāng) 的拓?fù)浜蒐，就可以滿足條件；理論分析表明，N個不同的拓?fù)浜芍g的拓?fù)浜砷g距不小于6 的時候就可以滿足條件，即l\〈aU6。
[0026] 另外，在所述N個