同心环带中添加N个不同拓扑荷的共辄螺旋相位，使N个轨道角 动量信道还原成实心的高斯光束；并且在所述N个同心环带中添加N个不同的闪耀系数，使 N个轨道角动量信道还原后的高斯亮点衍射到空间中不同的位置；在对应的位置摆放探测 器，就可以检测相应的信道，在检测的过程中我们不需要先将能量均分再分别检测，所以理 论上信道的能量利用率可以接近100%。
[0027] 本发明在解复用OAM信道之前还需先进行复用，因此还包括一复用单元，所述复 用单元具体为：首先利用旁瓣压缩技术将每个轨道角动量光束的主环和旁瓣压缩在一起， 针对每个轨道角动量信道均形成一个明亮细锐的光环，然后利用光学棱镜或其它手段将各 个信道的光环复用在一起，形成由N个同心光环组成的N个轨道角动量信道。
[0028] 具体地，对每个轨道角动量光束需采用旁瓣压缩技术，因为轨道角动量光束除了 一个主环之外还会存在许多旁瓣，由于这些旁瓣的存在，光束在空间分布的区域并不是一 个单独的环，而是一系列同心圆环组，这就导致了一个比较宽的空间分布，不利于多个轨道 角动量光束的同轴复用。因此我们需要有一种方式将旁瓣压缩以减小单个光束的空间分 布范围。具体实现方式为：将用来产生轨道角动量光束的螺旋相位板按径向分成一系列环 带，在这些环带上增加一系列径向调制因子，就可以将主环和旁瓣压缩在一起，提高了光环 的锐度，减小了空间分布范围，使能量更集中。
[0029] 下面举具体实施例介绍复用系统和解复用系统的工作过程：
[0030] 图1为复用系统和解复用系统的示意图；
[0031] 复用过程：N路信号（这里的N路信号是指80波的WDM信号被调制成lOOGbit/s 的DQPSK信号或者被调制成200Gbit/s的16QAM信号，并被平均分成N路；其中，N为OAM信道数，这里我们取N为偶数）经过掺铒光纤放大器1放大后经过不同长度长光纤2传输 一段距离后得到去相关的相对独立的N路信号，经过耦合输出镜3耦合到自由空间。每一 路信号经过一个特殊设计的计算全息图4,产生特定拓扑荷的旁瓣压缩轨道角动量光束，N 路信号分别对应N个不同的拓扑荷，这些旁瓣压缩后的轨道角动量光束利用一系列光束分 束器5复用成一系列同心圆环。在自由空间中传输一段距离后，进入环带型叉形光栅6。
[0032] 解复用过程：将光束缩放成与全息图大小一致并且同心对准后，照射到环带型叉 形光栅6上，同轴的OAM信道经过光栅后衍射出N个级次，在于OAM拓扑荷成分相应的级次 上会出现高斯点，这些高斯点在空间中区分开来，实现了解复用过程。
[0033] 我们通过低倍的显微物镜7将高斯点聚焦耦合到光纤2中，就可以进行相干探测。
[0034] 图2为拓扑荷L= 8的芳瓣压缩后的轨道角动量光束衍射图样；
[0035] 经过旁瓣压缩后的轨道角动量光束只剩下一个明亮细锐的光环，便于在空间中复 用和解复用。
[0036] 图3为复用在一起的旁瓣压缩轨道角动量光束组成的轨道角动量信道（N= 10,L =8, 14, 20, 26, 32, 38, 44, 50, 56, 62);
[0037] 所有拓扑荷的轨道角动量光束都是一个明亮细锐的光环，拓扑荷越大光环的半径 越大，适当选择拓扑荷间距，可以实现不同圆环在空间上分开（演示的图样拓扑荷间距为 6) 〇
[0038] 图4为与图3中轨道角动量信道相对应的环带型叉形光栅6 ;
[0039] 很容易看出光栅为划分成一系列同心环带，这些环带的大小与比例都是与所选择 的轨道角动量信道的拓扑荷相匹配的；
[0040] 每一个环带中加入不同拓扑荷值的共辄螺旋相位，其目的是为了将不同的轨道角 动量信道还原成实心的高斯光束，便于耦合到光纤中进行进一步探测；同时，不同环带中还 添加了不同的闪耀系数，目的是把不同的轨道角动量信道衍射到空间中不同的位置，使不 同信道在空间中区分开来，实现轨道角动量信道的解复用。
[0041]图5为图3的轨道角动量信道经过图4的环带型叉形光栅解复用后的衍射图样；
[0042]图中不同的信道都被还原成高斯亮点，并且被衍射到不同位置，在空间上区分开 来；通过这种方式得到的每一个级次上有包含对应信道的所有能量，可以实现低损甚至无 损的轨道角动量信道检测。
[0043] 本发明还提供了一种解复用单元，沿光路方向包括：
[0044] 环带型叉形光栅，用于解复用轨道角动量信道；即用于将同轴的N个轨道角动量 信道衍射出N个级次，在与轨道角动量拓扑荷成分相应的级次上出现N个高斯亮点；
[0045] 显微镜组件，用于将所述N个高斯亮点耦合到光纤中。
[0046] 本发明提供的一种解复用单元及其解复用OAM信道的方法，利用环带型叉形光栅 来解复用OAM信道，一方面，使用单一光学元件就可以实现信道的分离和实现多个OAM信道 的并行低损检测，极大的降低了系统的复杂程度；另一方面，能量利用率得到了大幅度的提 高，减少了由于信道能量均分带来的较大的插入损耗，并且由于在检测的过程中不需要先 将能量均分再分别检测，所以理论上信道的能量利用率接近100% ;再一方面，拓展了可利 用的OAM信道的数量，在信号能量足够高的情况下甚至可以实现上百个OAM信道的并行低 损检测。经初步计算，该技术如果结合现有的高速信道编码技术和波分复用技术，我们可以 实现几十甚至上百太比特每秒的传输速率。
[0047] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种解复用OAM信道的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： 将N个同心光环组成的N个轨道角动量信道照射到预设的环带型叉形光栅上，经过环 带型叉形光栅的N个轨道角动量信道被还原成N个高斯亮点，并且被衍射到不同的位置； 其中，N个轨道角动量信道分别对应N个不同的拓扑荷；所述环带型叉形光栅由N个同 心的环带状叉形光栅叠加而成，所述环带状叉形光栅是在叉形光栅上取一个环带形成；所 述环带型叉形光栅的N个同心环带的大小与所述N个轨道角动量信道的N个不同的拓扑荷 --对应。2. 如权利要求1所述的解复用OAM信道的方法，其特征在于，所述N个同心环带中添加 有N个不同拓扑荷的共辄螺旋相位。3. 如权利要求1所述的解复用OAM信道的方法，其特征在于，所述N个同心环带中添加 有N个不同的闪耀系数。4. 如权利要求1所述的解复用OAM信道的方法，其特征在于，所述N个不同的拓扑荷之 间的拓扑荷间距为不小于6的整数。5. -种解复用单元，其特征在于，沿光路方向包括： 环带型叉形光栅，用于解复用轨道角动量信道；即用于将如权利要求1-4任一项所述 的N个轨道角动量信道衍射出N个级次，在与轨道角动量拓扑荷成分相应的级次上出现N 个高斯亮点； 显微镜组件，用于将所述N个高斯亮点耦合到光纤中。
【专利摘要】本发明适用于数据传输技术领域，提供了一种解复用单元及其解复用OAM信道的方法，所述解复用的步骤为：将N个同心光环组成的N个轨道角动量信道照射到预设的环带型叉形光栅上，经过环带型叉形光栅的N个轨道角动量信道被还原成N个高斯亮点，并且被衍射到不同的位置；本发明提供的解复用OAM信道的方法，利用环带型叉形光栅来解复用OAM信道，一方面，使用单一光学元件就可以实现信道的分离和多个OAM信道的并行低损检测，极大的降低了系统的复杂程度；另一方面，能量利用率得到了大幅度的提高，减少了由于信道能量均分带来的较大的插入损耗。
【IPC分类】H04J14/06
【公开号】CN105162547
【申请号】CN201510568097
【发明人】袁小聪, 雷霆, 张萌, 高社成, 袁扬胜, 乔文
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月8日