本发明涉及光通信的技术领域，更具体地，涉及一种基于轨道角动量光的复用器解复用器。
背景技术：
涡旋光场是具有螺旋型波前的特殊光场。涡旋光由于其独特的动力学特性、轨道角动量特性和拓扑结构等特点，因此其在光学微操纵、光学显微成像、光通信、量子信息、光学散斑以及远程传感等领域都具有重要研究价值，尤其在扩大光通信容量领域具有极大的潜力。
以波分复用为主的复用技术是目前扩大光通信容量的主要手段，随着现有复用技术逐渐接近技术瓶颈，人们需要一种新的能与现有复用技术兼容的复用技术。而涡旋光具有的特性：轨道角动量取值范围为无穷大，拥有不同轨道角动量的涡旋光彼此正交使得涡旋光成为下一代复用技术的最佳候选之一。因此，复用/解复用涡旋光以扩大光通信容量成为研究重点。
传统的光束复用/解复用方法是利用分束器，分束器能够将两路光进行合束与分束，因此可以利用分束器做涡旋光束的复用与解复用。但是光束每经过一次分束器就会有一定比例的能量损失，并且分束器只能将两路光分开和合束，当需要合束多路光时，则需要更多的分束器，并且产生更多的能量损失。所以使用分束器进行光束的复用与解复用具有系统复杂，能量损耗大的缺点。另外一种涡旋光束的复用与解复用方法是利用达曼涡旋光栅来完成涡旋光的复用与解复用。达曼光栅能够将多路沿着不同角度入射的高斯光变成同轴正交的涡旋光，也能将同轴的涡旋光分离到不同的角度上，并且将涡旋光重新变回高斯光，但是达曼涡旋光栅的能量损耗较大，当达曼涡旋光栅对n路光束进行操作时，只有1/n的能量得到有效利用。
为了能够在低损耗下复用/解复用涡旋光束，光学几何变换被引入到涡旋光束的复用与解复用中。光学几何变换能够将圆环形强度分布的涡旋光与倾斜的平面光波之间进行互相转换，倾斜的平面光波随后由傅里叶透镜分离到不同信道。理论上，光学几何变换没有能量损失，除了光学器件造成的损耗外没有其他能量损失，因此光学几何变换具有损耗低的优点。但是光学几何变换需要由多个光学器件来完成，因此具有系统繁杂，受外界影响大，使用不方便等缺点。
为了能够将光学几何变换直接应用在实际生产、生活中，我们需要一种低损耗的，使用方便的集成器件。
技术实现要素：
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于轨道角动量光的复用器解复用器，采用飞秒激光器利用加热诱导折射率改变的方法制作一个小型集成器件，用于实现低损耗下的，涡旋光束的复用与解复用。
本发明的技术方案是：一种基于轨道角动量光的复用器解复用器，其中，包括复用器主体，单模光纤、少模光纤，所述单模光纤在复用器主体的一端，少模光纤在复用器主体的另一端；所述复用器主体是一个集成光学器件，它包括整形区、傅里叶变换区、几何变换区、相位纠正区；整形区和几何变换区分别位于傅里叶变换区的左右，且刚好是一个焦距。
进一步的，所述器件的复用器主体可由玻璃、陶瓷、晶体及有机聚合物等透明材料制作。
器件采用飞秒激光作为加工方法；飞秒激光照射材料内部，加热被照射区域，诱导被照射区折射率发生改变，改变被照射区的位置，即可在材料内部刻写出一个需要的折射率区，该折射率区可以实现一定的功能，将多个折射率区组合在器件内部即可在器件内部集成一个微光学系统。
复用器件将轨道角动量光作为载波使用，器件可以复用经过调制的信号，调制的物理维度包括光波的振幅/强度、时间、偏振、波长/频率。
器件可用于自由空间复用，也可以用在光纤通信网络中；若应用在自由空间时，则不需要与光纤耦合，输入与输出光直接耦合进所述器件即可；若应用在光纤通信网络中，所述器件一端耦合多个单模光纤，另一端耦合一少模光纤。
所述的单模光纤数量为多个，单模光纤的的数量和排列方式可根据需要变化。
所述的单模光纤输入高斯光，少模光纤输出的光为拥有轨道角动量的涡旋光。
与现有技术相比，有益效果是：本器件具有集成化的特点，本器件的总损耗小；本器件的损耗主要来源于光纤耦合，材料吸收；除此之外没有其他的损耗。本器件使用方便；本器件拥有与光纤耦合的外部结构，使用时只需要将光纤直接接入即可使用。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1所示，本实施方式为复用过程。m乘以n个单模光纤1按照某种空间二维方式排列，即m行乘以n列。假设如图1所示，有2乘以2根光纤，以平面矩形的方式排列成2行乘以2列，即有2乘以2路入射光。单模光纤1中传输的高斯光波进入器件主体2，进过短距离的传输后到达整形区2.1。整形区2.1由多个相同的小区域组成，每个小区域的中心都对应着每路入射光斑的中心。在整形区2.1与傅里叶变换区2.2的共同作用下高斯光波在傅里叶变换区2.2的后焦面变成矩形光波，矩形光斑的长大于宽，并聚焦到同一点。每个矩形光波的相位由每路入射光相对于傅里叶变换区2.2的中心位置决定。几何变换区2.3位于傅里叶变换区2.2的后焦面。相位不同的矩形光波同时照射到几何变换区2.3上同一位置，并被变换成强度成圆环形的环形光斑。该组环形光斑经过短暂的传输到达相位纠正区2.4。相位纠正区2.4的出射光为在径向有相位变化的同轴轨道角动量光。出射光的径向相位梯度和角向相位梯度由矩形光斑的相位决定，而矩形光斑的相位由入射光相对于傅里叶变换区2.2的相对位置决定，即出射光的径向相位梯度和轨道角动量的拓扑荷由入射光相对于傅里叶变换区2.2的相对位置决定。同轴光随后耦合进少模光纤3。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于轨道角动量的光复用器/解复用器的区别在于，作为输入的单模光纤只按一个维度排列，即是排列成m行乘以1列。此时的输出光对应为只在角向有相位变化的轨道角动量光。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于轨道角动量的光复用器/解复用器的区别在于，本器件反向使用作为解复用器件，少模光纤3作为输入端，而单模光纤1作为输出端。少模光纤3中传输的同轴轨道角动量光进入器件主体2随即进入相位纠正区2.4。轨道角动量光经过相位纠正区2.4的作用后变成矩形光斑，此时的矩形光斑相位是杂乱的。相位杂乱的光斑经过短暂的传输后进入几何变换区2.3。相位杂乱的矩形光斑经过几何变换区2.3的变成倾斜的矩形平面波，即光斑的强度呈现矩形分布，而相位则是呈线性变化。傅里叶变换区2.2与几何变换区2.3、整形区2.1的距离都是一个焦距。倾斜程度不同的矩形平面波经过傅里叶变化后会被聚焦到不同的位置。每个光斑在后焦面上的空间位置都由入射的轨道角动量光斑的拓扑荷大小和在径向上的相位梯度决定。在傅里叶变换区2.2的后焦面/整形区2.1处的光斑的强度都呈长条形。该组长条形的光斑随后进入整形区2.1，并在对应的每个小区域被整形成为类高斯光。随后类高斯光耦合进入单模光纤中。
具体实施方法四：本实施方式与具体实施方式三所述的一种基于轨道角动量的光复用器/解复用器的区别在于，输入的轨道角动量光在径向上没有相位变化，同时对应的输出端的单模光纤只在一个方向上排列。
本发明实施例子中的复用器因为采用了飞秒激光加热材料诱导折射率改变的方法，将一个复用/解复用系统集成到一个器件内部，因此所有的复用与解复用过程都在器件内部完成，不收空气的扰动，受外界的影响小，工作稳定。
本发明所述器件为折射型器件，除了少量的散射和吸收外没有浪费能量，因此本发明克服了现有一些复用/解复用技术中的损耗大的缺点，减少了能量的损失。
本发明所述器件能可以直接在自由空间中使用，也可以与光纤进行耦合，使用范围广。
本发明所述的器件开发利用的是光束的空间属性，该项复用技术与利用光的其他的物理特性的复用技术是兼容的，因此本发明所述器件能与光纤通信中的波分复用，时分复用，偏振复用等复用技术同时使用。
本发明所使用的复用/解复用器件由于采用几何变换作为复用原理，利用飞秒加工透明型材料，因此有损耗低，工作稳定，使用方便等优点，可被广泛应用与自由空间光通信，光纤通信，量子通信的领域。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。