[实用新型]一种阵列式光学轨道角动量复用整形光学系统

说明书

本实用新型公开一种阵列式光学轨道角动量复用整形光学系统，包括：光纤光源、透镜组和傅里叶变换透镜，光纤光源、透镜组和傅里叶变换透镜沿着光线入射方向依次设置，透镜组包括：一维微球面透镜阵列和柱透镜组，一维微球面透镜阵列由在横向空间均布的多个结构相同的微球面透镜组成，柱透镜组由负光焦度柱透镜和正光焦度柱透镜组成，光纤光源位于柱透镜组的对称平面上，且放置于微球面透镜的前焦面上，正光焦度柱透镜位于傅里叶透镜的前焦面上，负光焦度柱透镜和正光焦度柱透镜同光轴设置。通过采用一维微球面透镜阵列，负焦度柱透镜和正焦度柱透镜形成倒置望远镜型式的柱透镜组，实现了光束整形。本实用新型主要用于光学技术领域。

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种阵列式光学轨道角动量复用整形光学系统。

背景技术

信息领域，云计算、大数据、物联网、智慧城市、5G等与国计民生息息相关的产业发展迅猛，网络通信容量需求呈爆炸式增长。随着光纤容量逐渐逼近香农极限，光通信产业正在遭遇严重的容量危机，急需新的信道资源以继续支撑市场对通信容量的需求。在众多可以支撑通信容量增长的光束维度中，光学轨道角动量以其明显的优势成为最佳候选参量之一。理论上，光学轨道角动量复用能够为光通信系统提供无限多的复用信道资源。实现光学轨道角动量复用技术途径主要包括光束分束器、达曼光涡旋光栅、光学集成器件、光学灯笼、多平面转换技术以及坐标变换等理论与技术，目前实现光学轨道角动量复用的技术存在损耗高、系统复杂、稳定性差等缺陷，尚未真正解决低损耗问题。

在基于坐标变换的光学轨道角动量复用技术中，主要包括光束整形光学系统以及相位调制光学系统两方面。相位调制光学系统通过采用衍射元件或自由曲面光学元件可以实现转换要求，采用一套光学相位调制器件即可满足多通道光学轨道角动量光束的转换，受空间尺寸的限制约束较小。但光束整形光学系统既需要将单模光纤输出的高斯点光源整形成平面波，还需要将传播截面上将圆形平面波整形成长条形光斑。限制多通道光学轨道角动量空分复用技术走向实用的关键技术难题为：在多通道复用情况下，不同拓扑荷光学轨道角动量光束之间的横向空间(条形光斑的窄边方向)的距离小，导致整形光学系统在空间上实现排布的难度极大。这是分立的光束整形光学系统难以胜任的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种阵列式光学轨道角动量复用整形光学系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：一种阵列式光学轨道角动量复用整形光学系统，包括：光纤光源、透镜组和傅里叶变换透镜，所述光纤光源、透镜组和傅里叶变换透镜沿着光线入射方向依次设置，所述透镜组包括：一维微球面透镜阵列和柱透镜组，所述一维微球面透镜阵列由在横向空间均布的多个结构相同的微球面透镜组成，所述柱透镜组由负光焦度柱透镜和正光焦度柱透镜组成，所述光纤光源位于柱透镜组的对称平面上，且放置于微球面透镜的前焦面上，所述正光焦度柱透镜位于傅里叶透镜的前焦面上，所述负光焦度柱透镜和正光焦度柱透镜同光轴设置；

本阵列式光学轨道角动量复用整形光学系统的参数满足：

L_ideal＝2*π*a；

θ＝λ*ζ/(2*π*a)；

β＝|fA22/fA21|；

Δxζ＝λ*ζ*fB/(2*π*a)；

L＝D0*fB/fA11；

W＝L/β；

d＝λ*Δn*fB/(2*π*a)；

DA1≥fA11*(2*NA)；

DA1≤λ*Δn*fB/(2*π*a)；

1≤N≤96；

DA2≥N*λ*Δn*fB/(2*π*a)；