HWP10)极化分束器（图7中记PBS10)的组 合即可将复用的轨道角动量态光束按照水平极化和垂直极化分成两组：
[0190]
[0191] 类似的，通过第三级第3个和第4个复用轨道角动量态分离子系统，即可分别实现
的分离。至此8个正1值复用的轨道 角动量态就分尚完成了。
[0192] 步骤三：进入负1值复用轨道角动量态分尚系统的复用轨道角动量态光束的分尚 过程如下：
[0193] 步骤1 :光束通过第1级复用轨道角动量态分离子系统
[0194] 二分之一波片（图7中记为HWPΓ)首先将复用的垂直极化光束转化成水平极 化光束，根据
，入射光束之后通过一个四分之一波片（图7中记为QWP Γ)和极化分束器（图7中记为PBSΓ)的组合，就可实现水平极化光束中右圆极化和左圆 极化分量的分离。接着，将两束光沿同一闭合光路的不同方向，相向入射45°放置、相对夹 角α= 90°的道威棱镜（图7中记为DoveΓ)。之后，这2束光重新在极化分束器（PBS Γ)上合束，出射后通过另一个四分之一波片（图7中记为QWP2'），实现第一个四分之一 波片（图7中记为QWPΓ)的逆操作。此时不同轨道角动量态对应表达式如下：
[0203] 值得注意的是：上述表达式中的负号不影响极化光束的分离，因此后续推导忽略 正负的影响。
[0204] 最后利用二分之一波片（图7中记为HWP2'）极化分束器（图7中记为PBS2'） 的组合即可将复用的轨道角动量态光束按照水平偏极化和垂直极化分成两组，其中一组 为：
[0205]
[0206]
[0207]
[0208] 步骤2:光束通过第2级2个复用轨道角动量态分离子系统
[0209]
1的光束按照类似的方 式通过第2级第1个复用轨道角动量态分离子系统。需要注意的是，首先通过的二分之一波 片（图7中记为HWP3'）需要旋转45°，将入射的垂直极化光束转化成水平极化光束，此 外道威棱镜（图7中记为Dove2'）的放置角度需调整至22. 5°，即相对夹角α= 45°。 这样在最终分束前，不同轨道角动量态对应表达式如下：
[0210]
[0211]
[0212]
[0213]
[0214] 最后利用二分之一波片（图7中记为HWP4'）极化分束器（图7中记为PBS4'） 的组合即可将复用的轨道角动量态光束按照水平极化和垂直极化分成两组：
[0215]
[0216]类似的：
的光束通过 第2级第2个复用轨道角动量态分尚子系统后，光束也将再次被分为两个部分，与第2级第 1个子系统稍有不同的是，首先通过的二分之一波片（图7中记为HWP5'）不需要进行角 度的调整。
[0217] 最后，利用二分之一波片（图7中记为HWP6'）极化分束器（图7中记为PBS6'） 的组合即可将复用的轨道角动量态光束按照水平极化和垂直极化分成两组：
[0218]
[0219] 步骤3.:光束通过第3级4个复用轨道角动量态分离子系统
[0220]第3级子系统中，道威棱镜（图7中记为Dove4'_7'）的放置角度取11. 25°，即 相对夹角α= 22. 5° ^
光束在第3级第1个复用轨道角动 量态分离子系统内，首先通过旋转45°的二分之一波片（图7中记HWP7'），将入射的垂直 极化光转化成水平极化光。最终分离前，不同轨道角动量态对应表达式如下：
[0221]
[0222]
[0223] 最后利用二分之一波片（图7中记HWP8'）极化分束器（图7中记PBS8'）的 组合即可将复用的轨道角动量态光束按照水平极化和垂直极化分成两组：
[0224]
[0225] |"〉?|，= -2〉、-6〉的光束射入第3级第2个复用轨道角动量态分离子 系统，在最终分离前，不同轨道角动量态对应表达式如下：
[0226]
[0227]
[0228] 最后利用二分之一波片（图7中记HWP10'）极化分束器（图7中记PBS10'） 的组合即可将复用的轨道角动量态光束按照水平极化和垂直极化分成两组：
[0229]
[0230] 类似的，通过第三级第3个和第4个复用轨道角动量态分离子系统，即可分别实现
的分离。至此8个负1值复用 的轨道角动量态就分离完成了。最终的分离结果如图9所示。
【主权项】
1. 一种非破坏分离任意复用轨道角动量态的方法，其特征在于，所述方法包括如下步 骤： 步骤1 :产生一束复用轨道角动量态光束，其中的η个正1值轨道角动量态由水平极化 光产生，m个负1值轨道角动量态由垂直极化光产生； 步骤2 :入射的复用轨道角动量态光束经过一个极化分束器被分成两路，其中水平极 化光进入正1值复用轨道角动量态分离系统，垂直极化光进入负1值复用轨道角动量态分 离系统； 步骤3 :两路光束分别进入正1值复用轨道角动量态分离系统和负1值复用轨道角动 量态分尚系统，两个级联系统的第1级子系统均由1个复用轨道角动量态分尚子系统组成， 其中核心器件道威棱镜的放置角度为45°，通过第1级子系统后，复用的轨道角动量态会 根据1值的奇偶，即以1值的差值为1，分离成两路； 步骤i:经第i-Ι级子系统分离的光束有21 1路，因而第i级子系统由2 1 1个复用轨道 角动量态分离子系统组成，其中核心器件道威棱镜的放置角度均为45° /21 \通过第i级 子系统后，复用轨道角动量态会以1值的差值为21 1实现分离，共分离成2 1路； 重复上述步骤i，直至所有的轨道角动量态都被分离。2. 根据权利要求1所述的一种任意复用轨道角动量态的非破坏分离方法，其特征在 于：所述方法是以偏振光学理论为基础，以各个独立的轨道角动量态由线偏振光产生为前 提，且要求具有相同的偏振方向。3. 根据权利要求1所述的一种任意复用轨道角动量态的非破坏分离方法，其特征在 于：将简单的偏振光学操作应用到对复用轨道角动量态分离的技术中，简化了分离的过程， 降低了分离的难度。4. 根据权利要求1所述的一种任意复用轨道角动量态的非破坏分离方法，其特征在 于：所述方法应用于非破坏的分离复用轨道角动量态，即分离后保持每个轨道角动量态空 间结构的完整性。5. 根据权利要求1所述的一种任意复用轨道角动量态的非破坏分离方法，其特征在 于：所述方法应用于分离所有包括负1值在内的轨道角动量本征态。6. 根据权利要求1所述的一种任意复用轨道角动量态的非破坏分离方法，其特征在 于：所述方法应用于复用轨道角动量态分离子系统组成的级联系统。7. 一种复用轨道角动量态分尚子系统，其特征在于，所述系统包括：入射光偏振方向 调整模块、圆极化光分离模块、相位调整模块、圆极化光合并模块和分离模块； 入射光偏振方向调整模块的功能是：将入射的线偏振光调节为水平极化光； 圆极化光分离模块的功能是：实现水平极化光中左圆极化分量和右圆极化分量的分相位调整模块的功能是：同时对分离的左圆极化分量和右圆极化分量进行相应的相位 调整（通过道威棱镜实现），且相位的改变量与对应的轨道角动量态的1值有关，数学上表，其中α为道威棱镜对应两路光束的相 对夹角； 圆极化光合并模块的功能是：将经过相位调整的左圆极化分量和右圆极化分量重新合 并成一路束光，此时不同的轨道角动量态将根据各自的相位特征，即1值，投影到两个相互 垂直的极化方向上，数学上表示为分离模块的功能是：对两个相互垂直的极化方向上的光束进行分离。8. 根据权利要求7所述的一种复用轨道角动量态分离子系统，其特征在于：所述系统 将输入的复用轨道角动量态按照相位特点分成两组，通过一系列的偏振光学操作，将这两 组轨道角动量态分别投影到水平极化和垂直极化两个极化方向上，最终利用极化分束器即 可实现这两组轨道角动量态的分离。9. 根据权利要求7所述的一种复用轨道角动量态分离子系统，其特征在于：通过多次 级联的方式，即可实现任意复用轨道角动量态的分离。10. 根据权利要求7所述的一种复用轨道角动量态分离子系统，其特征在于：所述系统 通过增加或减少复用轨道角动量态分离子系统的级联数目和调整每个子系统中道威棱镜 的放置角度，即可灵活的实现不同复用轨道角动量态的分离。
【专利摘要】本发明公开了任意复用轨道角动量态的非破坏分离方法及其分离子系统，该方法借助光的偏振性质,通过级联多个复用轨道角动量态分离子系统实现任意复用轨道角动量态的非破坏分离。对于每个子系统，输入复用态中的每个轨道角动量态在经过一系列偏振操作后，都会根据各自的相位特征，投影到水平极化或垂直极化两个极化方向上。通过级联n层复用轨道角动量态分离子系统，即可实现2n个轨道角动量态复用光束的非破坏分离。这种分离方法，一方面有着良好的分离效果，不会对轨道角动量态的空间结构产生破坏；另一方面，分离过程所需的光学器件并不复杂、易于制造，且对现有的光通信技术有着较好的兼容性和适用性。
【IPC分类】G02F1/01
【公开号】CN105388635
【申请号】CN201510673370
【发明人】赵生妹, 顾晓凡
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月16日