透射式偏振无关空间光调制方法和装置制造方法

透射式偏振无关空间光调制方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种透射式偏振无关空间光调制方法和装置，该方法利用偏振分束、偏振旋转、透射式偏振相关空间光调制器件、偏振合束实现透射式偏振无关空间光调制。装置包括偏振分束镜、反射镜、半波片和透射式偏振相关空间光调制器件，其中偏振分束镜、透射式偏振相关空间光调制器件和反射镜构成多边形回路，半波片位于回路中。装置还可以进行多种改进。本发明可以适用于多种空间光束，如轨道角动量光束、多路广播的轨道角动量光束、任意空间相位调制的光束等，因而具有很广泛的应用可扩展性。本发明透射式偏振无关空间光调制还可以用于实现偏振无关空间光解调，同时可以构建一整套适用于空间光束(如轨道角动量光束)参与的偏振无关光通信系统。
【专利说明】透射式偏振无关空间光调制方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明属于光通信和信息光学领域，涉及一种透射式偏振无关空间光调制方法和 装直。

【背景技术】
[0002] 空间光调制器是一类能将信息加载于一维或二维的光场上，以便有效利用光的固 有超快速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信 号的控制下，改变空间上光场分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光 转化成相干光。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、自适应光学、光计算和光学 神经网络等系统中构造单兀或关键的器件。目如，液晶空间光调制器分辨率提商和响应 速度加快，成为空间光调制器中的一个重要分类。这其中，向列型液晶（Nematic Liquid Crystal)空间光调制器中由于液晶分子具有双折射特性，即表现出寻常光（〇光）折射率 方向和非寻常光（e光）折射率方向，当入射光偏振态与〇光方向一致时，由于〇光折射率 不随液晶加载电压改变，因此入射光不会被调制，当入射光偏振态与e光方向一致时，由于 e光折射率随着液晶所加载电压会发生改变，因此入射光经过液晶之后的相移也会随着液 晶所加载电压发生改变，即受到相位调制，空间不同位置处液晶加载不同电压控制，即可以 实现入射光空间光场相位调制。可见，传统的向列型液晶空间光调制器具有偏振相关特性。 不仅如此，其它类型具有空间光调制的很多器件也都具有偏振相关特性，即要求入射光具 有特性的入射偏振方向才可以得到有效的空间光调制。
[0003] 然而，在很多实际应用中，由于入射光偏振态的多样性因而广泛需要偏振无关的 装置。比如，在光通信系统中广泛应用的偏振方向灵活多变的线偏振光以及偏振复用系统 中的混合偏振复用光束，在这种情况下，使用偏振相关空间光调制器件将无法满足需求，同 时，当入射光为圆偏振光或者椭圆偏振光时偏振相关空间光调制器件的应用也将大大受 限。因此，为了满足未来光通信对于偏振无关操作的迫切需求，所面临的重要挑战是如何实 现偏振无关空间光调制以及如何利用现有的偏振相关空间光调制器件构建一个偏振无关 空间光调制装置。在此发明中，将提供一种透射式偏振无关空间光调制方法和装置。


【发明内容】

[0004] 本发明提供一种透射式偏振无关空间光调制方法和装置，目的在于突破现有透射 式偏振相关空间光调制器件仅适用于特定偏振方向输入线偏振光的局限性，目标是利用透 射式偏振相关空间光调制器件构建并实现透射式偏振无关空间光调制，以便于全面拓展空 间光调制的应用范围，特别是广泛应用于针对输入不同偏振态线偏振光、偏振复用光束、圆 偏振/椭圆偏振光的高效空间光调制。
[0005] 本发明提供的一种透射式偏振无关空间光调制方法，该方法将入射光束分解成两 路偏振正交的透射光束和反射光束，其中透射光束沿顺时针方向经过N+1次反射之后到 达透射式偏振相关空间光调制器件，N = 0, 1，2, 3,…，反射光束沿逆时针方向经过N+2M+2 次反射之后到达透射式偏振相关空间光调制器件，N+2M+2彡1，N = 0, 1，2, 3, ···，Μ = 0， ±1，±2,…，顺时针和逆时针两路光束的偏振方向在到达透射式偏振相关空间光调制器件 之前调节为与透射式偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致，再被透射式偏振相关空 间光调制器件调制，最后，顺时针和逆时针两路分别经过透射式空间光调制的光束再经过 偏振合束后输出，从而实现对入射光束的偏振无关空间光调制。
[0006] 作为上述技术方案的一种改进，所述顺时针和逆时针方向光束构成多边形回路， 且沿顺时针方向和逆时针方向的两路光束在经过透射式偏振相关空间光调制器件调制之 后，直至经过偏振合束后输出，所经历的光程相等，同时，所经过的反射次数同为奇数次或 者同为偶数次。
[0007] 作为上述技术方案的另一种改进，所述入射光束经偏振分束所得的顺时针方向透 射光束的偏振方向与透射式偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向一致，则顺时针方向 光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前不用调节偏振方向，逆时针方向光束在到 达透射式偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和透射式偏振相关空间光调制器件工 作偏振方向一致；经过透射式偏振相关空间光调制器件调制之后，逆时针方向光束在最终 偏振合束之前不用调节偏振方向，顺时针方向光束在最终偏振合束之前旋转90°以和逆时 针方向光束偏振正交然后合束输出。
[0008] 作为上述技术方案的又一种改进，所述入射光束经偏振分束所得的顺时针方向透 射光束的偏振方向与透射式偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向正交，贝 1J逆时针方向 光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前不用调节偏振方向，顺时针方向光束在到 达透射式偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和透射式偏振相关空间光调制器件工 作偏振方向一致；经过透射式偏振相关空间光调制器件调制之后，顺时针方向光束在最终 偏振合束之前不用调节偏振方向，逆时针方向光束在最终偏振合束之前旋转90°以和顺时 针方向光束偏振正交然后合束输出。
[0009] 作为上述技术方案的再一种改进，所述入射光束经偏振分束所得的顺时针方向透 射光束的偏振方向与透射式偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向既不一致也不正交， 即存在一个夹角X°，则顺时针方向光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前旋转 x°以和透射式偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致，逆时针方向光束在到达透射 式偏振相关空间光调制器件之前旋转（X+90)°以和透射式偏振相关空间光调制器件工作 偏振方向一致；经过透射式偏振相关空间光调制器件调制之后，逆时针方向光束在最终偏 振合束之前旋转-x°以和入射光束经偏振分束所得透射光偏振方向一致，顺时针方向光束 在最终偏振合束之前旋转-(X+90) °以和逆时针方向光束偏振正交然后合束输出。
[0010] 本发明提供的一种透射式偏振无关空间光调制装置，该装置包括偏振分束镜，第 一、第二、第三反射镜，第一半波片，透射式偏振相关空间光调制器件；所述透射式偏振相关 空间光调制器件位于第一、第二、第三反射镜链路之间，即位于第二、第三反射镜之间或者 第一、第二反射镜之间；所述偏振分束镜，透射式偏振相关空间光调制器件和各反射镜构成 多边形回路；沿顺时针方向从偏振分束镜到透射式偏振相关空间光调制器件链路之间设置 N个第四反射镜，N = 0, 1，2, 3,…，沿逆时针方向从偏振分束镜到透射式偏振相关空间光调 制器件链路之间设置N+2M个第五反射镜，N+2M彡0, N = 0, 1，2, 3,…；Μ = 0, ± 1，±2,…； 沿顺时针方向和逆时针方向的两路光束在经过所述透射式偏振相关空间光调制器件调制 之后，直至达到偏振分束镜合束输出，所经历的光程相等，同时，所经过的反射次数同为奇 数次或者同为偶数次。
[0011] 如果透射式偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向与偏振分束镜透射光束偏 振方向一致，贝 1J第一半波片位于沿逆时针方向从偏振分束镜到透射式偏振相关空间光调制 器件链路之间任意位置；如果透射式偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向与偏振分束 镜透射光束偏振方向正交，贝 1J第一半波片位于沿顺时针方向从偏振分束镜到透射式偏振相 关空间光调制器件链路之间任意位置；第一半波片的光轴与透射式偏振相关空间光调制器 件的工作偏振方向夹角为45°。
[0012] 作为上述关于装置的技术方案的一种改进，如果透射式偏振相关空间光调制器件 的工作偏振方向与偏振分束镜透射光束偏振方向既不一致也不正交，第一半波片位于沿逆 时针方向从偏振分束镜到透射式偏振相关空间光调制器件链路之间任意位置，则在沿顺时 针方向从偏振分束镜到透射式偏振相关空间光调制器件链路之间设置第二半波片，且第二 半波片的光轴与偏振分束镜透射光束偏振方向的夹角为透射式偏振相关空间光调制器件 的工作偏振方向与偏振分束镜透射光束偏振方向夹角的1/2 ;第一半波片的光轴与第二半 波片的光轴夹角为45°。
[0013] 作为上述关于装置的技术方案的另一种改进，所述的透射式偏振相关空间光调制 器件是指包括液晶空间光调制器在内的各种透射式偏振相关的空间光调制器。
[0014] 由上述装置构成的适用于空间光束的偏振无关光通信系统，其特征在于，该系统 包括光源，第一、第二分束镜，接收机，以及二个所述透射式偏振无关空间光调制装置，其 中，一个透射式偏振无关空间光调制装置用于调制，另一个透射式偏振无关空间光调制装 置用于解调；
[0015] 由所述光源所产生的光束经第一分束镜，从第一分束镜透射出射的光束经过所述 用于调制的透射式偏振无关空间光调制装置加载空间光调制信息并沿原光路返回，反向入 射第一分束镜，从第一分束镜反射出射的光束再经第二分束镜，从第二分束镜透射出射的 光束经过所述用于解调的透射式偏振无关空间光调制装置加载空间光解调信息并沿原光 路返回，反向入射第二分束镜，最后，从第二分束镜反射出射的光束耦合进入接收机，完成 通信过程。
[0016] 本发明具有如下有益效果：
[0017] 1、相比于传统透射式偏振相关空间光调制器件只能对某一特定方向的线偏振光 束进行调制，本发明的透射式空间光调制方法和装置具有偏振无关特性，其全面拓展了空 间光调制的应用范围，可以广泛应用于针对输入不同偏振态线偏振光、偏振复用光束、圆偏 振/捕圆偏振光的1?效空间光调制。
[0018] 2、本发明采用的偏振分束镜、反射镜、半波片以及透射式偏振相关空间光调制器 件相结合的方案为实现偏振无关空间光调制提供了一种全新的思路和简单易实现的装置。
[0019] 3、本发明透射式偏振无关空间光调制可以适用于多种空间光束，如轨道角动量光 束、多路广播的轨道角动量光束、任意空间相位调制的光束等，因而具有很广泛的应用可扩 展性。
[0020] 4、本发明透射式偏振无关空间光调制还可以用于实现偏振无关空间光解调，同时 可以构建一整套适用于空间光束（如轨道角动量光束）参与的偏振无关光通信系统。

【专利附图】

【附图说明】
[0021] 图1是本发明提供的透射式偏振无关空间光调制装置的一种结构示意图；
[0022] 图2是本发明提供的透射式偏振无关空间光调制装置的另一种结构示意图；
[0023] 图3是本发明提供的透射式偏振无关空间光调制装置的一种改进结构；
[0024] 图4是本发明提供的透射式偏振无关空间光调制装置的另一种改进结构；
[0025] 图5是本发明提供的适用于空间光束参与的一种偏振无关光通信系统的结构示 意图；
[0026] 图6是本发明提供的适用于空间光束参与的另一种偏振无关光通信系统的结构 示意图；

【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于 这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述 的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028] 图1所示为本发明提供的一种透射式偏振无关空间光调制方法和装置，图2所示 为发明提供的另一种透射式偏振无关空间光调制方法和装置。
[0029] 本发明提供透射式偏振无关空间光调制方法，【具体实施方式】如下：
[0030] 将入射光束先通过偏振分束，分解成两路正交的偏振光束，一路光束直接被透射 式偏振相关空间光调制器件调制，另一路光束经过半波片，使偏振态旋转90°变为对应透 射式偏振相关空间光调制器件可以调制的偏振态之后，再被透射式偏振相关空间光调制器 件调制，最后，两路分别经过空间光调制的光束再经过偏振合束后输出，从而实现了对入射 光束的偏振无关空间光调制。在实际应用中如果沿顺时针方向和逆时针方向的两路光束在 经过透射式偏振相关空间光调制器件调制之后，直至经过偏振合束后输出的光程不相等， 则会导致顺时针方向光束和逆时针方向光束在最终偏振合束输出时光束特性不一致（如 空间光调制产生轨道角动量光束的光斑大小不一致），进而影响偏振无关空间光调制性能。 因此，光路必须保证：1)沿顺时针方向和逆时针方向的两路光束在经过透射式偏振相关空 间光调制器件调制之后，直至经过偏振合束后输出所经历的光程相等（比如：图1中满足 AB+BC+CD = AE+DE，图2中满足AB+BD = AE+CE+CD) ;2)考虑到反射过程的镜像对称效应 (如奇数次反射可以反转轨道角动量光束的符号），为保持顺时针方向光束和逆时针方向 光束在最终偏振合束输出时光束特性一致，对于顺时针和逆时针方向两路光束在经过透射 式偏振相关空间光调制器件调制之后直至最终经过偏振合束后输出过程中，不仅要满足顺 时针方向光束和逆时针方向光束的光程相等，还要满足顺时针方向光束和逆时针方向光束 经过的反射次数同为奇数次或者同为偶数次（比如：图1中顺时针方向光束在经过透射式 偏振相关空间光调制器件调制之后直至最终经过偏振合束后输出过程中共经过3次反射， 逆时针方向光束则经过1次反射，即同为奇数次反射；图2中顺时针方向光束经过2次反 射，逆时针方向光束也经过2次反射，即同为偶数次反射）。与此同时，在实际应用中考虑 光路设计的灵活性需求，在图1和图2中，沿顺时针方向从偏振分束镜到透射式偏振相关空 间光调制器件链路之间增加 N(N = 0, 1，2, 3,…）个反射镜，沿逆时针方向从偏振分束镜到 透射式偏振相关空间光调制器件链路之间对应增加 N+2M(N+2M彡0, N = 0, 1，2, 3,…；Μ = 0, ±1，±2,…）个反射镜；同时，改进技术方案对于顺时针和逆时针方向两路光束在经过 透射式偏振相关空间光调制器件调制之后直至最终经过偏振合束后输出，同样要满足如下 两个重要条件：1)顺时针方向光束和逆时针方向光束的光程相等；2)顺时针方向光束和逆 时针方向光束经过的反射次数同为奇数次或者同为偶数次。
[0031] 本发明提供透射式偏振无关空间光调制装置，具体说明如下：
[0032] 该装置包括偏振分束镜1、第一、第二、第三反射镜3,4,6、第一半波片2和透射式 偏振相关空间光调制器件5,其中偏振分束镜1、第一半波片2、透射式偏振相关空间光调制 器件5和第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜6构成多边形回路，第一半波片2位于 多边形回路中，图1中透射式偏振相关空间光调制器件5位于第二反射镜4和第三反射镜 6之间，图2中透射式偏振相关空间光调制器件5位于第一反射镜3和第二反射镜4之间。 沿顺时针方向从偏振分束镜1到透射式偏振相关空间光调制器件5链路之间设置有N(N = 0, 1，2, 3,…）个第四反射镜，沿逆时针方向从偏振分束镜1到透射式偏振相关空间光调制 器件5链路之间设置N+2M(N+2M彡0, N = 0, 1，2,3,…；Μ = 0, ±1，±2,…）个第五反射 镜。沿顺时针方向和逆时针方向的两路光束在经过透射式偏振相关空间光调制器件5调制 之后，直至达到偏振分束镜1合束输出，所经历的光程相等，同时，所经过的反射次数同为 奇数次或者同为偶数次。
[0033] 当入射光经过偏振分束镜1之后将会分解成偏振态正交的两束光，不妨假定透射 光为X偏振光，在回路中沿顺时针方向传播，反射光为Υ偏振光，在回路中沿逆时针方向传 播。本发明先假设透射式偏振相关空间光调制器件5工作在X偏振态，此时第一半波片2 位于沿逆时针方向从偏振分束镜1到透射式偏振相关空间光调制器件5链路之间任意位置 (图1和图2不意位于偏振分束镜1和第一反射镜3之间），且第一半波片2的光轴与透射 式偏振相关空间光调制器件5的工作偏振方向（X偏振）夹角为45°。对于入射光束经过 偏振分束镜1之后沿顺时针方向的透射光束（X偏振），图1中首先被第三反射镜6反射然 后被透射式偏振相关空间光调制器件5调制后通过第二反射镜4和第一反射镜3反射之后 进入第一半波片2,偏振态旋转90°变为Υ偏振，然后进入偏振分束镜1反射出射，图2中 首先被第三反射镜6和第二反射镜4反射然后被透射式偏振相关空间光调制器件5调制后 通过第一反射镜3反射之后进入第一半波片2,偏振态旋转90°变为Υ偏振，然后进入偏振 分束镜1反射出射；对于入射光束经过偏振分束镜1之后沿逆时针方向的反射光束（Υ偏 振），图1中通过第一半波片2之后偏振态旋转90°变为X偏振，正好与透射式偏振相关空 间光调制器件5工作偏振态一致，经过第一反射镜3和第二反射镜4反射后被透射式偏振 相关空间光调制器件5调制，再经过第三反射镜6反射后进入偏振分束镜1透射输出，图2 中通过第一半波片2之后偏振态旋转90°变为X偏振，正好与透射式偏振相关空间光调制 器件5工作偏振态一致，经过第一反射镜3反射后被透射式偏振相关空间光调制器件5调 制，再经过第二反射镜4和第三反射镜6反射后进入偏振分束镜1透射输出。这样，无论是 图1还是图2就完成了对入射光束偏振分束后分别空间光调制然后再偏振合束，从而实现 了偏振无关空间光调制。类似地，如果透射式偏振相关空间光调制器件5的工作偏振方向 与偏振分束镜1透射光束偏振方向正交（Υ偏振），则第一半波片2位于沿顺时针方向从偏 振分束镜1到透射式偏振相关空间光调制器件5链路之间任意位置，第一半波片2光轴与 透射式偏振相关空间光调制器件5的工作偏振方向（Y偏振）夹角仍为45°。
[0034] 如图3所示为与图1对应的本发明提供的一种实现透射式偏振无关空间光调制的 改进方法和装置。如图4所示为与图2对应的本发明提供的另一种实现透射式偏振无关空 间光调制的改进方法和装置。
[0035] 本发明提供的实现透射式偏振无关空间光调制的改进方法，【具体实施方式】如下：
[0036] 如果入射光束经偏振分束镜后透射和反射两路光束的偏振方向均与透射式偏振 相关空间光调制器件的工作偏振方向不一致，上述方案就存在缺陷，此时改进方案将使用 两个半波片，其中一个半波片位于沿顺时针方向从偏振分束镜到透射式偏振相关空间光调 制器件链路之间，其光轴方向与偏振分束镜透射光束偏振方向的夹角为透射式偏振相关空 间光调制器件的工作偏振方向与偏振分束镜透射光束偏振方向夹角的一半，这样沿顺时针 方向偏振分束镜透射光束经过该半波片之后其偏振方向将与透射式偏振相关空间光调制 器件的工作偏振方向保持一致；另外一个半波片位于沿逆时针方向从偏振分束镜到透射式 偏振相关空间光调制器件链路之间，其光轴方向与前一个半波片光轴方向夹角为45°，这 样沿逆时针方向偏振分束镜反射光束经过该半波片之后其偏振方向也将与透射式偏振相 关空间光调制器件的工作偏振方向保持一致。
[0037] 本发明提供的实现透射式偏振无关空间光调制的改进装置，具体说明如下：
[0038] 该装置包括偏振分束镜1、第一、第二、第三反射镜3,4,6、第一、第二半波片2, 7和 透射式偏振相关空间光调制器件5,其中偏振分束镜1、第一、第二半波片2, 7、透射式偏振 相关空间光调制器件5和第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜6构成多边形回路。第 一半波片2位于沿逆时针方向从偏振分束镜1到透射式偏振相关空间光调制器件5链路之 间任意位置（图3和图4示意位于偏振分束镜1和第一反射镜3之间），第二半波片7位于 沿顺时针方向从偏振分束镜1到透射式偏振相关空间光调制器件5链路之间任意位置（图 3和图4示意位于偏振分束镜1和第三反射镜6之间）。与图1类似，图3中透射式偏振相 关空间光调制器件5位于第二反射镜4和第三反射镜6之间，与图2类似，图4中透射式偏 振相关空间光调制器件5位于第一反射镜3和第二反射镜4之间。第二半波片7其光轴方 向与偏振分束镜1透射光束偏振方向的夹角为透射式偏振相关空间光调制器件5的工作偏 振方向与偏振分束镜1透射光束偏振方向夹角的一半。第一半波片2其光轴方向与第二半 波片7光轴方向夹角45°。当入射光束通过偏振分束镜1之后将会分解成偏振态正交的两 束光，不妨假定透射光为X偏振光，在回路中沿顺时针方向传播，反射光为Υ偏振光，在回路 中沿逆时针方向传播。本发明假设偏振相关透射式空间光调制器工作偏振方向为&偏振 态。对于偏振分束镜1透射光束（X偏振），沿顺时针方向经过第二半波片7后偏振态变为 &偏振，在图3中经第三反射镜6反射后被透射式偏振相关空间光调制器件5调制，然后经 由第二反射镜4和第一反射镜3反射之后，通过第一半波片2,偏振态变为Y偏振，再进入偏 振分束镜1反射出射，在图4中经第三反射镜6和第二反射镜4反射后被透射式偏振相关 空间光调制器件5调制，然后经由第一反射镜3反射之后，通过第一半波片2,偏振态变为Y 偏振，再进入偏振分束镜1反射出射；对于偏振分束镜1反射光束（Y偏振），沿逆时针方向 经过第一半波片2后偏振态变为Xi偏振，正好对应透射式偏振相关空间光调制器件5工作 偏振方向，在图3中被第一反射镜3和第二反射镜4反射后经透射式偏振相关空间光调制 器件5调制，然后被第三反射镜6反射，经过第二半波片7将偏振态变为X偏振，再进入偏 振分束镜1透射出射，在图4中被第一反射镜3反射后经透射式偏振相关空间光调制器件5 调制，然后被第二反射镜4和第三反射镜6反射，经过第二半波片7将偏振态变为X偏振， 再进入偏振分束镜1透射出射。这样，无论是图3还是图4改进装置，就完成了对入射光束 偏振分束后分别空间光调制然后再偏振合束，从而实现了偏振无关空间光调制。
[0039] 如图5和图6所示为本发明提供的利用透射式偏振无关空间光调制的方法和装置 实现的适用于空间光束的偏振无关光通信系统。其中，图5中透射式偏振无关空间光调制 方法和装置与图3对应，图6中透射式偏振无关空间光调制方法和装置与图4对应.
[0040] 本发明提供的利用透射式偏振无关空间光调制的方法和装置实现的适用于空间 光束的偏振无关光通信系统，【具体实施方式】如下：
[0041] 透射式偏振无关空间光调制的装置同样也可以用于实现偏振无关空间光解调，即 相同的装置不仅可以用于发射机端实现偏振无关空间光调制（如高斯光束到轨道角动量 光束转换），也可以用于接收机端实现偏振无关空间光解调（如轨道角动量光束到类高斯 光束转换）。作为上述技术方案的更进一步改进，如图5和图6所示，同时使用两套装置，分 别用于发射机端的偏振无关空间光调制和接收机端的偏振无关空间光解调，进而构建一套 适用于空间光束（如轨道角动量光束）参与的偏振无关光通信系统。
[0042] 本发明提供的利用透射式偏振无关空间光调制的方法和装置实现的适用于空间 光束的偏振无关光通信系统，具体说明如下：
[0043] 该系统由光源100、第一、第二分束镜200,400、透射式偏振无关空间光调制装置 300、透射式偏振无关空间光解调装置500和接收机600组成，其中透射式偏振无关空间光 调制装置300和透射式偏振无关空间光解调装置500即为图3 (与图5对应）和图4 (与图 6对应）所示的装置，只需在300中透射式偏振相关空间光调制器件加载空间光调制信息 (如螺旋相位调制轨道角动量模式），在500中偏振相关空间光调制器件加载空间光解调信 息（如反螺旋相位解调轨道角动量模式）即可。特别地，该系统还可以从一路扩展到多路。
[0044] 本发明所述的透射式偏振相关空间光调制器件是指包括液晶空间光调制器在内 的各种透射式的偏振相关空间光调制器。
[0045] 本发明不仅局限于上述【具体实施方式】，本领域一般技术人员根据本发明公开的内 容，可以采用其它多种【具体实施方式】实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思 路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
【权利要求】
1. 一种透射式偏振无关空间光调制方法，其特征在于，该方法将入射光束分解成两路 偏振正交的透射光束和反射光束，其中透射光束沿顺时针方向经过N+1次反射之后到达 透射式偏振相关空间光调制器件，N = 0, 1，2, 3,…，反射光束沿逆时针方向经过N+2M+2 次反射之后到达透射式偏振相关空间光调制器件，N+2M+2彡1，N = 0, 1，2, 3,…，Μ = 0， ±1，±2,…，顺时针和逆时针两路光束的偏振方向在到达透射式偏振相关空间光调制器件 之前调节为与透射式偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致，再被透射式偏振相关空 间光调制器件调制，最后，顺时针和逆时针两路分别经过透射式空间光调制的光束再经过 偏振合束后输出，从而实现对入射光束的偏振无关空间光调制。
2. 根据权利要求1所述的透射式偏振无关空间光调制方法，其特征在于，所述顺时针 和逆时针方向光束构成多边形回路，且沿顺时针方向和逆时针方向的两路光束在经过透射 式偏振相关空间光调制器件调制之后，直至经过偏振合束后输出，所经历的光程相等，同 时，所经过的反射次数同为奇数次或者同为偶数次。
3. 根据权利要求1所述的透射式偏振无关空间光调制方法，其特征在于，所述入射光 束经偏振分束所得的顺时针方向透射光束的偏振方向与透射式偏振相关空间光调制器件 的工作偏振方向一致，则顺时针方向光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前不用 调节偏振方向，逆时针方向光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和 透射式偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致；经过透射式偏振相关空间光调制器件 调制之后，逆时针方向光束在最终偏振合束之前不用调节偏振方向，顺时针方向光束在最 终偏振合束之前旋转90°以和逆时针方向光束偏振正交然后合束输出。
4. 根据权利要求1所述的透射式偏振无关空间光调制方法，其特征在于，所述入射光 束经偏振分束所得的顺时针方向透射光束的偏振方向与透射式偏振相关空间光调制器件 的工作偏振方向正交，则逆时针方向光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前不用 调节偏振方向，顺时针方向光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和 透射式偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致；经过透射式偏振相关空间光调制器件 调制之后，顺时针方向光束在最终偏振合束之前不用调节偏振方向，逆时针方向光束在最 终偏振合束之前旋转90°以和顺时针方向光束偏振正交然后合束输出。
5. 根据权利要求1所述的透射式偏振无关空间光调制方法，其特征在于，所述入射光 束经偏振分束所得的顺时针方向透射光束的偏振方向与透射式偏振相关空间光调制器件 的工作偏振方向既不一致也不正交，即存在一个夹角Χ°，则顺时针方向光束在到达透射式 偏振相关空间光调制器件之前旋转Χ°以和透射式偏振相关空间光调制器件工作偏振方向 一致，逆时针方向光束在到达透射式偏振相关空间光调制器件之前旋转（Χ+90)°以和透射 式偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致；经过透射式偏振相关空间光调制器件调制 之后，逆时针方向光束在最终偏振合束之前旋转_Χ°以和入射光束经偏振分束所得透射光 偏振方向一致，顺时针方向光束在最终偏振合束之前旋转-(Χ+90) °以和逆时针方向光束 偏振正交然后合束输出。
6. -种透射式偏振无关空间光调制装置，其特征在于，该装置包括偏振分束镜（1)，第 一、第二、第三反射镜（3、4、6)，第一半波片（2)，透射式偏振相关空间光调制器件（5);所 述透射式偏振相关空间光调制器件（5)位于第一、第二、第三反射镜（3、4、6)链路之间， 即位于第二、第三反射镜（4、6)之间或者第一、第二反射镜（3、4)之间；所述偏振分束镜 (1) ，透射式偏振相关空间光调制器件（5)和各反射镜构成多边形回路；沿顺时针方向从偏 振分束镜（1)到透射式偏振相关空间光调制器件（5)链路之间设置N个第四反射镜，N = 〇，1，2, 3，···，沿逆时针方向从偏振分束镜（1)到透射式偏振相关空间光调制器件（5)链路 之间设置N+2M个第五反射镜，N+2M彡0, N = 0, 1，2, 3,…；Μ = 0, ± 1，±2,…；沿顺时针方 向和逆时针方向的两路光束在经过所述透射式偏振相关空间光调制器件（5)调制之后，直 至达到偏振分束镜（1)合束输出，所经历的光程相等，同时，所经过的反射次数同为奇数次 或者同为偶数次。 如果透射式偏振相关空间光调制器件（5)的工作偏振方向与偏振分束镜（1)透射光束 偏振方向一致，贝1J第一半波片（2)位于沿逆时针方向从偏振分束镜（1)到透射式偏振相关 空间光调制器件（5)链路之间任意位置；如果透射式偏振相关空间光调制器件（5)的工作 偏振方向与偏振分束镜（1)透射光束偏振方向正交，贝 1J第一半波片（2)位于沿顺时针方向 从偏振分束镜（1)到透射式偏振相关空间光调制器件（5)链路之间任意位置；第一半波片 (2) 的光轴与透射式偏振相关空间光调制器件（5)的工作偏振方向夹角为45°。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，透射式偏振相关空间光调制器件（5)的 工作偏振方向与偏振分束镜（1)透射光束偏振方向既不一致也不正交，第一半波片（2)位 于沿逆时针方向从偏振分束镜（1)到透射式偏振相关空间光调制器件（5)链路之间任意位 置，在沿顺时针方向从偏振分束镜（1)到透射式偏振相关空间光调制器件（5)链路之间设 置第二半波片（7)，且第二半波片（7)的光轴与偏振分束镜（1)透射光束偏振方向的夹角为 透射式偏振相关空间光调制器件（7)的工作偏振方向与偏振分束镜（1)透射光束偏振方向 夹角的1/2 ;第一半波片（2)的光轴与第二半波片（7)的光轴夹角为45°。
8. 根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述的透射式偏振相关空间光调制器 件是指包括液晶空间光调制器在内的各种透射式偏振相关的空间光调制器。
9. 由根据权利要求6, 7, 8中任一所述装置构成的适用于空间光束的偏振无关光通信 系统，其特征在于，该系统包括光源，第一、第二分束镜，接收机，以及二个所述透射式偏振 无关空间光调制装置，其中，一个透射式偏振无关空间光调制装置用于调制，另一个透射式 偏振无关空间光调制装置用于解调； 由所述光源所产生的光束经第一分束镜，从第一分束镜透射出射的光束经过所述用于 调制的透射式偏振无关空间光调制装置加载空间光调制信息并沿原光路返回，反向入射第 一分束镜，从第一分束镜反射出射的光束再经第二分束镜，从第二分束镜透射出射的光束 经过所述用于解调的透射式偏振无关空间光调制装置加载空间光解调信息并沿原光路返 回，反向入射第二分束镜，最后，从第二分束镜反射出射的光束耦合进入接收机，完成通信 过程。
【文档编号】G02B27/28GK104122674SQ201410382016
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】王健, 刘俊 申请人:华中科技大学