一种涡旋光束与光纤高效耦合系统及方法与流程

技术特征：
1.一种涡旋光束与光纤高效耦合系统，其特征在于，所述系统包括半导体激光器、螺旋相位板、可变焦透镜、少模光纤、测距装置和计算机；所述测距装置用于测量光束发射端到接收端的距离；所述计算机分别与所述可变焦透镜和所述测距装置连接，用于采集所述测距装置的测量结果，在此基础上计算所述可变焦透镜的最佳焦距并控制调节所述可变焦透镜的焦距；所述半导体激光器的出射光束依次通过所述螺旋相位板、湍流大气、所述可变焦透镜，最终由所述少模光纤接收，实现涡旋光束与光纤的耦合。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述少模光纤为抛物型渐变少模光纤。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测距装置包括：激光测距仪和测距标靶；所述激光测距仪发出的光束经所述测距标靶反射后，原路返回被所述激光测距仪接收；所述计算机与所述激光测距仪连接。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测距标靶的反射面和所述螺旋相位板的透射面位于同一竖直平面内，所述激光测距仪的出射面和所述可变焦透镜的入射面位于同一竖直平面内。5.一种涡旋光束与光纤高效耦合的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求4所述的涡旋光束与光纤高效耦合系统实现，所述方法包括：步骤一：利用测距装置测量发射端和接收端的距离；步骤二：根据发射端和接收端之间的距离计算该传输距离下拉盖尔
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高斯涡旋光束的扩展光斑半径；步骤三：根据步骤二得出的拉盖尔
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高斯涡旋光束的扩展光斑半径计算可变焦透镜的最佳焦距值；步骤四：根据计算得到的最佳焦距值，调节可变焦透镜的焦距和抛物型渐变少模光纤到透镜的距离，使抛物型渐变少模光纤位于可变焦透镜的焦点处；步骤五：半导体激光器的出射光束通过螺旋相位板转换成拉盖尔
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高斯涡旋光束，经湍流大气进行空间传输后，由可变焦透镜接收并聚焦到抛物型渐变少模光纤中，实现涡旋光束与光纤的耦合。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可变焦透镜的最佳焦距f
opt
为：其中，w
z
为拉盖尔
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高斯涡旋光束的扩展光斑半径，w
f0
为抛物型渐变少模光纤的基模束腰，λ为光束波长，p为径向阶数，l为角向阶数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述拉盖尔
‑
高斯涡旋光束的扩展光斑半径w
z
为：其中，z为发射端到接收端的距离，w0为拉盖尔
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高斯涡旋光束的基模束腰，κ为三维空间波数，φ(κ)为湍流折射率起伏功率谱。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述抛物型渐变少模光纤的基模束腰w
f0
为：其中，r0为抛物型渐变少模光纤纤芯半径，n0为光纤中轴线处折射率，β为光纤折射率色散参数。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述拉盖尔
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高斯涡旋光束w0＝0.02m，λ＝1.55μm，p＝0，l＝1。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述抛物型渐变少模光纤r0＝30μm，n0＝1.45，β＝0.01。

技术总结
本发明公开了一种涡旋光束与光纤耦合系统及方法，属于光通信技术领域。本系统包括测距装置，本方法基于该系统，利用测距装置测量发射端和接收端之间的距离，综合衍射展宽和大气湍流展宽，获得涡旋光束经空间传输后的扩展光斑半径，以确定可变焦透镜的焦距，使得空间涡旋光束经过透镜聚焦后，能与光纤涡旋模式的光斑尺寸匹配，提高耦合效率；同时，本方法采用拉盖尔


技术研发人员：俞琳
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2021.08.10
技术公布日：2021/11/24