CN103487956B - 光束轨道角动量产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光束轨道角动量产生装置，其用于对至少一束光产生相对应的角动量。光束轨道角动量产生装置包括第一透镜、第二透镜、硅基液晶、第三透镜及第四透镜。第一透镜与第二透镜组合的望远镜系统将至少一束光进行扩大。硅基液晶上分成多个区且分区数量与光束数量相对应，硅基液晶使所扩大光束产生与分区数相对应的轨道角动量。第三透镜与第四透镜组合的望远镜系统将产生轨道角动量的光束射出。该光束轨道角动量产生装置通过对一个硅基液晶进行分区，将多个光束分别入射到硅基液晶的各区，硅基液晶的分区数量与多光束的光束数量相等，每个区的相位为不同级次的螺旋相位，从而实现多个光束、不同级次螺旋相位的产生，有效减少硅基液晶的数量。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光束轨道角动量产生装置。
背景技术
目前，光束的轨道角动量在高密度信息存储和传输领域有着重要的应用价值，光束的轨道角动量是指光束具有与角向位相分布相关的角动量，其相位为螺旋形相位结构，一般采用一个硅基液晶（LiquidCrystalOnSilicon，LCOS）对一束光进行螺旋相位的产生。
然而，在实际应用中使多束光产生不同的螺旋相位时，需要对每一光束对应采用一个硅基液晶以使每束光产生对应的光轨道角动量，从而导致成本较高，同时光路也相对复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种成本较低、光路简单的光束轨道角动量产生装置。
一种光束轨道角动量产生装置，其用于对至少一束光产生相对应的角动量。所述光束角动量产生装置包括一个第一透镜、一个第二透镜、一个硅基液晶、一个第三透镜及一个第四透镜。所述第一透镜与所述第二透镜组合的望远镜系统将所述至少一束光进行扩大。所述硅基液晶上分成多个区且分区的数量与所述光束的数量相对应，所述硅基液晶使所扩大的光束产生与分区数相对应的轨道角动量。所述第三透镜与所述第四透镜组合的望远镜系统将产生轨道角动量的光束射出。
与现有技术相比，本发明提供的光束轨道角动量产生装置通过对一个硅基液晶进行分区，将多个光束分别入射到硅基液晶的各个区，硅基液晶的分区数量与多光束的光束数量相等，每个区的相位为不同级次的螺旋相位，从而实现多个光束、不同级次螺旋相位的产生，可有效减少硅基液晶的使用数量。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的光束角动量产生装置的结构示意图。
图2是图1中的光纤组合的结构示意图。
图3是图1中的硅基液晶分区的相位图。
主要元件符号说明
光束轨道角动量产生装置100
光纤组合110
第一透镜120
半波片130
第二透镜140
硅基液晶150
第三透镜160
第四透镜180
光纤112、114、116、118、190
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本实施方式提供的一种光束轨道角动量产生装置100用于对至少一束光产生相对应的角动量。本实施方式中，光束由一个光纤组合110产生。所述光束轨道角动量产生装置100包括一个第一透镜120、一个第二透镜140、一个硅基液晶150、一个第三透镜160及一个第四透镜180。第一透镜120与第二透镜140依次设置组合成一个望远系统，第三透镜160与第四透镜180依次组合成一个透镜系统。硅基液晶150位于第二透镜140与第三透镜160之间。
请结合图2，本实施方式中，光纤组合110包括四根光纤，分别为光纤112、光纤114、光纤116及光纤118。光纤112、114、116、118排列的形状如图2所示的正方形。
在硅基液晶150上进行分区以使每个区的相位为不同级次的螺旋相位，硅基液晶的各个区由不同灰度图驱动以使光纤组合110发出的光产生不同级次的轨道角动量。硅基液晶150的各个区之间的级次相互独立，为了后面在解复用时方便光束分开，各区之间的级次一般不相等。硅基液晶150的分区数量与光纤组合110的光纤的数量相对应，可以理解，硅基液晶150所产生的角动量的数量与分区的数量相对应。本实施方式中，将硅基液晶150分为四个区，产生四个不同的轨道角动量。硅基液晶150的分区形状与光纤组合110的形状相匹配，以使光纤组合110发出的各个光斑的中心均分别与硅基液晶150的各个区的中心重合。
请一并参阅图3，本实施方式中，硅基液晶150的四个区中左上角区、右上角区、左下角区、右下角区的相位分别为-3、-4、+8、+16，不同数字代表产生不同级次的螺旋相位光束，正数表示相位块逆时针方向由深到浅（相位减小），负数则相反，表示相位块逆时针方向由浅到深（相位增加）。通过控制硅基液晶的相位分布图，可改变轨道角动量的态，从而改变轨道角动量的量子态。
四根光纤112、114、116、118产生的光经过第一透镜120和第二透镜140组合的望远镜系统扩大，光束被扩大的倍数为硅基液晶150有效区域的面积与光纤组合110的有效面积之比。扩大后的光束入射至硅基液晶150中的四个不同的区产生四个具有不同的轨道角动量的光束，再经第三透镜160与第四透镜180组合的望远镜系统射出。本实施方式中，经第三透镜160与第四透镜180组合的望远系统射出的光耦合至光纤190。
由于硅基液晶150是偏振相关的器件，为了提高硅基液晶150的衍射效率，光束轨道角动量产生装置100还包括一个半波片130，所述半波片130设置在第一透镜120与第二透镜140之间用以调整线偏振光的偏振方向。
本发明提供的光束轨道角动量产生装置，通过将一个硅基液晶150进行分区，将光纤组合中的多束光入射到硅基液晶150的各个区，硅基液晶150的分区数量与多光束的光束数量相等，每个区的相位为不同级次的螺旋相位，从而实现多个光束、不同级次螺旋相位的产生，可有效减少硅基液晶150的使用数量，成本较低且光路简单。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种光束轨道角动量产生装置，其用于对多束光产生相对应的角动量，所述光束角动量产生装置包括一个第一透镜、一个第二透镜、一个硅基液晶、一个第三透镜及一个第四透镜，所述第一透镜与所述第二透镜组合的望远镜系统将所述多束光进行扩大，所述硅基液晶上分成多个区且分区的数量与所述多束光的数量相对应，所述硅基液晶使所扩大的光束产生与分区数相对应的轨道角动量，所述第三透镜与所述第四透镜组合的望远镜系统将产生轨道角动量的光束射出，所述硅基液晶上每个区的相位为不同级次的螺旋相位。
2.如权利要求1所述的光束轨道角动量产生装置，其特征在于，所述光束轨道角动量产生装置还包括一个半波片用以调整光束的偏振方向。
3.如权利要求1所述的光束轨道角动量产生装置，其特征在于，所述多束光由一个光纤组合产生，经过第一透镜和第二透镜扩大光束的倍数为所述硅基液晶有效区域的面积与所述光纤组合有效面积之比。
4.如权利要求3所述的光束轨道角动量产生装置，其特征在于，所述硅基液晶分区的区域形状与所述光纤组合的形状相匹配，以使光纤组合发出的各个光斑的中心均分别与所述硅基液晶的各个区的中心重合。
5.如权利要求1所述的光束轨道角动量产生装置，其特征在于，所述光束轨道角动量产生装置还包括一个光纤，所述第三透镜与所述第四透镜组合的望远镜系统射出的光束耦合至所述光纤。
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