[发明专利]一种轨道角动量相干解复用的装置及分离检测的方法

说明书

本发明公开了一种轨道角动量相干解复用的装置及分离检测的方法，装置包括：用于将入射光束进行分束的分束器；用于调节光的传播方向和实现光的奇数次反射的反射镜；用于将具有特定拓扑荷的涡旋光转换成基模高斯光的液晶空间光调制器；用于实现某一特定拓扑荷的OAM信道和其他OAM信道的分离的相干分离单元；用于实现光束的相位偏移π的移相器；用于实现光电转换的光电探测器；用于用来进行电流的减法运算的差分电路；所述装置用于实现OAM的相干分离检测。本发明提供的新型装置可提升现有自由空间光轨道角动量复用通信系统的检测性能及其传输距离，在涉及涡旋光场的光通信和信息处理等领域有着重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学领域技术领域中的涡旋光场领域，尤其涉及的是一种轨道角动量相干解复用的装置及分离检测的方法。

背景技术

轨道角动量是经典力学和量子力学中的重要物理量，粒子的角动量包括轨道角动量(Orbital angular momentum,OAM)和自旋角动量，OAM往往与空间分布相关。1992年，Allen首先发现螺旋相位光束具有OAM，这类光束具有exp(ilθ)的相位因子，其中l表示拓扑荷，θ是角向分量，每个光子携带有的OAM，为约化普朗克常量，由于理论上l具有无穷的正交区间，且不同l值得光束之间相互正交，因此将OAM作为一种新的自由度引入到光通信中，与时隙、强度、相位、偏振等维度一起作为信息的调制和复用方式，将会极大地提高频谱利用效率，增加通信容量，满足人们日益增长的信息量需求。因此，OAM光通信也越来越受到关注。

目前，OAM在光通信当中的应用，主要集中在自由空间光通信上，具有简单、易实现、容量大等优点。但是由于相关器件研发速度的限制，有关OAM调制方面的研究一直难有突破性进展，而在自由空间OAM复用方面已有大量的研究报道。在大气中传输时，由于大气湍流等大气环境的影响，会破坏不同OAM之间的正交性，进而影响系统性能。故这些报道都仅有米级的传输距离，误码率就达到10-3。如何在保证误码率的情况下，提高传输距离是OAM复用通信中面临的关键问题。

OAM的产生和解调是OAM复用系统的主要组成部分，目前相关报道中常用的产生和解调方式有光栅、螺旋相位板以及以其为基础的其他方式，这些方式都是基于液晶空间光调制器实现的。通过液晶空间光调制器将基模高斯光束转化为携有OAM的涡旋光，经复用及自由空间传输后，利用相应的光栅或螺旋相位板进行解调，所解调光束将转化为含有中心光强的基模高斯光束，再用小孔将基模高斯光与其他中空的涡旋光分离，这里称之为小孔分离检测法。实验结果表明，对于束腰半径相对空间光调制器较小的光束，随着涡旋光束传输距离的增加，涡旋光束原本标准的截面相位分布会呈扭曲旋转分布，经解调后，中心光强将会在约30米内逐渐减弱并最终消失。该结果表明，当光束的束腰半径越小或者传输距离进一步提高之后，当前采用的小孔分离检测法将不再适用。迄今为止，现有技术中，还没有一种有效的用于长距离OAM复用通信系统的高效检测方法。

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，提供一种轨道角动量相干解复用的装置及分离检测的方法，本发明提供的新型轨道角动量相干解复用的装置可用于提升现有自由空间光轨道角动量复用通信系统的检测性能及其传输距离，在涉及涡旋光场的光通信和信息处理等领域有着重要的应用前景。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种轨道角动量相干解复用的装置，其中，所述装置包括：

用于将入射光束进行分束的分束器；

设置在所述分束器正下方的用于调节光的传播方向和实现光的奇数次反射的反射镜；

设置在所述分束器前方的用于将具有特定拓扑荷的涡旋光转换成基模高斯光的液晶空间光调制器；