一种兼容多芯光纤的光子轨道角动量模式解复用装置的制作方法

1.本实用新型涉及光通信的空分复用通信技术领域，尤其涉及一种兼容多芯光纤的光子轨道角动量模式解复用装置。


背景技术：

2.光纤通信容量的增长离不开对光场维度资源的充分利用。目前，光场的振幅、纵向相位、波长、偏振维度已经得到了充分的开发，只有横向空间维度具备着变革性提升通信容量的潜力。因此空分复用技术有较大可能是通信容量的下一个增长点，是光纤通信技术的重要研究方向之一。而同时结合多芯与多模两种复用技术的密集空分复用可以最大程度地利用空间维度资源。
3.匹配多芯多模光纤的多芯模式复用/解复用器是密集空分复用技术的实现关键元件之一，其用于实现多芯多模光纤到单模光纤阵列之间不同空间信道的合并与分离，需要满足高效率、低串扰且兼容其他复用技术。在模式的选择上，光子轨道角动量模式是光纤的本征模式，具有良好的正交性。目前国内外尚未有匹配多芯光子轨道角动量模式光纤的解复用装置。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种兼容多芯光纤的光子轨道角动量模式解复用装置，装置结构紧凑且能实现高效的多芯多模式解复用。
5.本实用新型所采用的技术方案是，一种兼容多芯光纤的光子轨道角动量模式解复用装置，包依次包括多芯光子轨道角动量模式光纤、成像透镜、环形反射镜和反射式衍射光学元件，所述光子轨道角动量模式光纤的输出端截面、成像透镜和反射式衍射光学元件的排布满足成像定理，所述成像透镜的物面为光子轨道角动量模式光纤的输出端截面，所述成像透镜的像面为反射式衍射光学元件表面。
6.进一步，所述环形反射镜的反射层朝向反射式衍射光学元件，所述反射式衍射光学元件的反射层朝向环形反射镜。
7.进一步，所述环形反射镜的内径大于环形反射镜所在截面上各芯光场的外包络，所述环形反射镜的外径小于最后一次反射后各芯光场的内包络。
8.进一步，所述反射式衍射光学元件包括菲涅尔透镜、放射状闪耀光栅和放射状单芯光场调制结构。
9.进一步，所述菲涅尔透镜的焦距为成像透镜与成像倍数的乘积。
10.进一步，所述放射状闪耀光栅的方向径向向外，所述环形反射镜和反射式衍射光学元件的间距值与放射状闪耀光栅的闪耀角的正切值的乘积等于单芯相位调制结构中每一块相位调制区域中心间距的一半。
11.本实用新型的有益效果是：装置仅包含多芯光子轨道角动量模式光纤、成像透镜、环形反射镜和反射式衍射光学元件4个元件，结构紧凑，稳定性高，且由于成像透镜、环形反
射镜及反射式衍射光学元件均为低损耗元件，从而使得装置能量利用效率高。
附图说明
12.图1是本实用新型兼容多芯光纤的光子轨道角动量模式解复用装置的结构示意图；
13.图2是本实用新型具体实施例的反射式衍射光学元件结构示意图。
14.附图标记：1、多芯光子轨道角动量模式光纤；2、成像透镜；3、环形反射镜；4、反射式衍射光学元件。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
16.需要说明的是，如无特殊说明，在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
17.参照图1，本实用新型提供了一种兼容多芯光纤的光子轨道角动量模式解复用装置，依次包括多芯光子轨道角动量模式光纤1、成像透镜2、环形反射镜3和反射式衍射光学元件4，所述光子轨道角动量模式光纤1的输出端截面、成像透镜2和反射式衍射光学元件4的排布满足成像定理，所述成像透镜2的物面为光子轨道角动量模式光纤1的输出端截面，所述成像透镜2的像面为反射式衍射光学元件4表面。
18.具体地，光子轨道角动量模式光纤1的输出端截面、成像透2镜、反射式衍射光学元件4的排布满足成像定理其中f为成像透镜的焦距，s为物距，s
′
为像距。成像倍率
19.另外，所述多芯光子轨道角动量光纤1可以为如正三角形排布的3芯光纤或如同正六边形排布的6芯光纤。
20.进一步作为本实用新型的优选实施例，所述环形反射镜3的反射层朝向反射式衍射光学元件4，所述反射式衍射光学元件4的反射层朝向环形反射镜3。
21.具体地，环形反射镜与反射式衍射光学元件的反射面相对。
22.进一步作为本实用新型的优选实施例，所述环形反射镜3的内径大于环形反射镜3所在截面上各芯光场的外包络，所述环形反射镜3的外径小于最后一次反射后各芯光场的内包络。
23.具体地，即环形反射镜的内径选择应不阻挡入射光和环形反射镜外径的选择应不阻挡出射光。
24.进一步作为本实用新型的优选实施例，所述反射式衍射光学元件4包括菲涅尔透
镜、放射状闪耀光栅和放射状单芯光场调制结构。
25.具体地，参照图2，反射式衍射光学元件4由菲涅尔透镜、放射状闪耀光栅与放射状单芯相位调制结构在同一基底上制备得到，菲涅尔透镜与放射状闪耀光栅覆盖范围为放射状相位调制结构内包络以内的区域，并在该区域叠加。菲涅尔透镜焦距f＝v
×
f，补偿由成像引入的二次相位；放射状闪耀光栅闪耀角满足2
×h×
sinα＝d，其中d为相邻相位调制平面的间隔，h为环形反射镜间距，a为闪耀光栅闪耀角，使各路光光轴沿径向沿倾斜角a偏折向外。
26.放射状单芯光场调制结构一般根据输入输出模式由算法反向设计得到，能够实现单芯的模式解复用。
27.进一步作为本实用新型的优选实施例，所述菲涅尔透镜的焦距为成像透镜与成像倍数的乘积。
28.进一步作为本实用新型的优选实施例，所述放射状闪耀光栅的方向径向向外，所述环形反射镜和反射式衍射光学元件的间距值与放射状闪耀光栅的闪耀角的正切值的乘积等于单芯相位调制结构中每一块相位调制区域中心间距的一半。
29.设闪耀光栅闪耀角为θ，环形反射镜与反射式衍射光学元件的间距为d，单芯相位调制结构中每一块相位调制区域中心间距为δ，即2dtanθ＝δ。
30.具体地，所述放射状单芯相位调制结构由单芯相位调制结构绕入射光场中心多次旋转复制而成。
31.本实用新型的基本原理如下：
32.多路共轴的光子轨道角动量模式从多芯光子轨道角动量模式光纤1中出射后，经过成像透镜成像2，穿过环形反射镜3中心，入射至反射式衍射光学元件4表面上菲涅尔透镜与放射状闪耀光栅的叠加区域，补偿由成像引入的二次相位并偏折各芯光轴。各芯光场在环形反射镜3与反射式衍射光学元件4之间沿多次来回反射，每一路共轴光子轨道角动量模式依次经过模式解复用单元的相位调制结构，出射时实现多芯光纤的光子轨道角动量模式的解复用。
33.以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。