[发明专利]基于干涉分离技术的OAM解复用方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于干涉分离技术的OAM解复用装置和方法。该装置分为两个部分，第一部分是OAM干涉分离装置，第二部分是复合相位全息图；OAM干涉分离装置包括两个道威棱镜、两个平面镜和两个光学分束器，按照等光程的方式按照矩形位置摆放，两个道威棱镜放置位置的相对角度保持相差90°；在输出端口A和B处设有SLM2和SLM3，复合相位全息图分别设置在SLM2和SLM3上。比起传统的单个解复用方法，该方法更高效，能同时解复用多路OAM信道。与达曼涡旋光栅相比，该方法对每个衍射级的涡旋光束可控性更高，对于OAM通信系统有着很大的意义。

技术领域

本发明涉及OAM解复用技术，尤其涉及基于干涉分离技术的OAM检测技术。

背景技术

根据麦克斯韦方程，电磁辐射同时载有能量和动量，其动量包括线动量和角动量。其中角动量可以分为两个部分:自旋角动量(Spin Angular Momentum，SAM)和轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)，SAM与电磁场的圆极化特性相关，OAM与电磁场的相位结构相关，总体来说，电磁场的SAM与OAM是可以相互转化的，在没有与外界系统角动量交换的条件下，可以维持总的角动量守恒。近年来，随着通信技术的发展，无线通信也向着高带宽、高速率的方向发展。如何合理的利用频谱资源，提高频谱利用率和编码效率，成为当今无线领域的一个研究热点。自从L.Allen证明携带有的exp(-ilθ)相位因子的电磁波带有电磁轨道角动量(OAM)，其中l代表OAM态，我们称之为拓扑荷。由于理论上不同OAM态之间是相互正交的，所以近些年人们希望电磁波的OAM态在通信领域中能够很好地得到应用，成为提高通信速率以及编码效率的基础，在学术界得到了广泛的研究。

目前，OAM态的解复用技术十分单一，主要是通过反相位板的方法来将涡旋光束转换成高斯光束，并且该方法会带来许多不必要的能量损失。为此人们通过设计光学衍射元件来实现OAM信道多路解复用，为此又提出了达曼叉形光栅。达曼型叉形光栅是迄今为止同时解复用效果最好的器件。但是，这种光栅对OAM态的选取要求严格，并且不可变，不同OAM态的涡旋光束不能任意分布，可控性较差。因此本申请提出一种基于干涉分离和高效光学衍射元件结合的方式来实现高效的OAM解复用。

发明内容

本发明通过将复合OAM态的涡旋光通过道威棱镜进行奇偶OAM态分离，再通过复合的相位全息图进行解调检测。该方法避免插入不同的延迟板或使用多个级联干涉仪就可以将单螺旋光束或者两个同轴叠加相干和非相干螺旋光束按照OAM态的奇偶数进行分离，再通过所设计的高效复合相位全息图进行解调，从而实现OAM信道的高效解复用。

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种基于干涉分离技术的OAM解复用装置，该装置分为两个部分，第一部分是OAM干涉分离装置，第二部分是复合相位全息图；OAM干涉分离装置包括两个道威棱镜、两个平面镜和两个光学分束器，按照等光程的方式按照矩形位置摆放，两个道威棱镜放置位置的相对角度保持相差90°；在输出端口A和B处设有SLM2和SLM3，复合相位全息图分别设置在SLM2和SLM3上。

作为本发明的进一步改进，所述复合相位全息图是通过空间光调制器和MATLAB仿真软件设计。

作为本发明的进一步改进，所述SLM是一个1280X1280像素的空间光调制器，更新频率为20us。

作为本发明的进一步改进，所述光学分束器是一个单面相位变化的分束器，从固定方向入射会实现π的相位变化。

作为本发明的进一步改进，还包括CCD光学相机，分别设置用来收集SLM2和SLM3处的图片。

基于干涉分离技术的OAM解复用方法，其利用上述任意一项所述的装置，具体步骤如下：