CN104049375B - 一种偏振无关空间光调制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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、偏振相关空间光调制器件、偏振合束实现偏振无关空间光调制。装置包括偏振分束镜，反射镜、半波片和反射式偏振相关空间光调制器件，其中偏振分束镜、偏振相关空间光调制器件和反射镜构成直角三角形回路或者多边形回路，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。

Description

一种偏振无关空间光调制方法和装置

技术领域

本发明属于光通信和信息光学领域，涉及一种偏振无关空间光调制方法和装置。

背景技术

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元或关键的器件。目前，液晶空间光调制器分辨率提高和响应速度加快，成为空间光调制器中的一个重要分类。这其中，向列型液晶(NematicLiquidCrystal)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(o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o光方向一致时，由于o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。

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，将提供一种偏振无关空间光调制方法和装置。

发明内容

本发明提供一种偏振无关空间光调制方法和装置，目的在于突破现有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，目标是利用偏振相关空间光调制器件构建并实现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。

本发明提供的一种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(N＝0,1,2,3,…)次反射之后到达偏振相关空间光调制器件，反射光束沿逆时针方向经过N+2M+1(N+2M≥0,N＝0,1,2,3,…；M＝0，±1,±2,…)次反射之后到达偏振相关空间光调制器件，顺时针和逆时针两路光束的偏振方向在到达偏振相关空间光调制器件之前调节为与偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致，再被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。

作为上述技术方案的一种改进，当N＝0，M＝0时，所述顺时针和逆时针方向光束构成直角三角形回路；当N＝1,2,3,…，N+2M＞0,M＝±1,±2,…，所述顺时针和逆时针方向光束构成直角三角形回路，且沿顺时针方向和逆时针方向的两路光束在经过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。

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偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致。经过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。

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偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致。经过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°以和逆时针方向光束偏振正交然后合束输出。

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偏振相关空间光调制器件之前旋转X°以和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偏振相关空间光调制器件之前旋转(X+90)°以和偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致。经过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。

本发明提供的一种偏振无关空间光调制装置，该装置包括偏振分束镜，第一反射镜，第一半波片，偏振相关空间光调制器件；所述偏振分束镜与偏振相关空间光调制器件之间设置有N(N＝0,1,2,3,…)个第二反射镜，所述偏振相关空间光调制器件—第一反射镜—偏振分束镜的链路之间设置N+2M(N+2M≥0,N＝0,1,2,3,…；M＝0，±1,±2,…)个第三反射镜，所述偏振分束镜，偏振相关空间光调制器件和各反射镜构成多边形回路；

如果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，则第一半波片位于偏振分束镜和第一反射镜之间任意位置，或者位于在偏振相关空间光调制器件与第一反射镜之间任意位置；如果偏振相关空间光调制器件与偏振分束镜透射光束偏振方向正交，则第一半波片位于偏振分束镜和偏振相关空间光调制器之间任意位置。第一半波片的光轴与偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向夹角为45°。

作为上述关于装置的技术方案的一种改进，当N＝0，M＝0时，所述偏振分束镜、偏振相关空间光调制器件和第一反射镜构成直角三角形回路；当N＝1,2,3,…，N+2M＞0,M＝±1,±2,…，所述偏振分束镜，偏振相关空间光调制器件和各反射镜构成边数大于3的多边形回路，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。

作为上述关于装置的技术方案的另一种改进，如果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，则在偏振分束镜与偏振相关空间光调制器件之间的光路上设有第二半波片，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°。

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，以及二个所述偏振无关空间光调制装置，其中，一个偏振无关空间光调制装置用于调制，另一个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偏振无关空间光解调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。

本发明具有如下有益效果：

1、相比于传统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/椭圆偏振光的高效空间光调制。

2、本发明采用的偏振分束镜、反射镜、半波片以及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。

3、本发明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。

4、本发明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。

附图说明

图1是本发明提供的偏振无关空间光调制装置的结构示意图；

图2是本发明提供的偏振无关空间光调制装置的改进结构1；

图3是本发明提供的偏振无关空间光调制装置的改进结构2；

图4是本发明提供的适用于空间光束参与的偏振无关光通信系统的结构示意图；

图5是实施例实验装置示意图；

图6是实施例中线偏振光直接入射偏振相关空间光调制器件的实验结果图，图中(a)-(f)分别对应图5中半波片8光轴从0°-90°的变化(实验中为了方便记录，使半波片8光轴在0°时，调节入射线偏振态，使出射光偏振态与偏振相关空间光调制器工作偏振态一致)时，观察到从偏振相关空间光调制器出射的光斑；

图7是实施例中线偏振光经过本发明提供的偏振无关空间光调制装置的实验结果图，图中(a)-(c)分别对应随机调节图5中半波片8光轴方向到三个不同位置时，观察到的出射光斑；

图8是实施例中混合正交偏振光直接入射偏振相关空间光调制器件以及经过本发明提供的偏振无关空间光调制装置的实验结果图，图中(a)是混合偏振光直接入射偏振相关空间光调制器时观察到的光斑。此时，调节图5中半波片8光轴方向，光斑图样不变，但始终有部分光束未被调制。图中(b)是混合偏振光入射经过本发明提供的偏振无关空间光调制装置时观察到的光斑。此时，调节半波片8光轴方向，光斑图样不变，且，所有光束都被调制。

具体实施方式

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。

如图1所示，本发明提供的一种偏振无关空间光调制方法和装置。

本发明提供一种偏振无关空间光调制方法，具体实施方式如下：

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°变为对应偏振相关空间光调制器件可以调制的偏振态之后，再被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。

本发明提供一种偏振无关空间光调制装置，具体说明如下：

该装置包括偏振分束镜1、反射镜2、第一半波片3和反射式偏振相关空间光调制器件4，其中偏振分束镜1、偏振相关空间光调制器件4和反射镜2构成直角三角形回路，第一半波片3位于直角三角形回路中。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Y偏振光，在回路中沿逆时针方向传播。本发明先假设偏振相关空间光调制器件4工作在X偏振态，此时第一半波片3位于偏振相关空间光调制器件4—反射镜2—偏振分束镜1链路之间，图中A-C-B的链路(即第一半波片3位于AC或BC两点之间)，且半波片光轴与偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向(X偏振)夹角为45°。入射光束经过偏振分束镜1之后的透射光束(X偏振)沿顺时针方向首先直接被偏振相关空间光调制器件4调制后小角度反射通过第一半波片3，偏振态旋转90°变为Y偏振，然后经过反射镜2反射进入偏振分束镜1，由光路可逆的原理可知，Y偏振正好反射出射偏振分束镜1。与此同时，入射光通过偏振分数镜1被反射的Y偏振光沿逆时针方向，经过反射镜2的反射通过第一半波片3之后，偏振态旋转90°变为X偏振，正好与偏振相关空间光调制器件4工作偏振态一致，经偏振相关空间光调制器件4小角度反射后透射出偏振分束镜1。这样，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，从而实现偏振无关空间光调制。类似地，如果偏振相关空间光调制器件4的工作偏振方向与偏振分束镜1透射光束偏振方向正交(Y偏振)，则第一半波片3位于偏振相关空间光调制器件4和偏振分束镜1之间，第一半波片3光轴与偏振相关空间光调制器件4的工作偏振方向(Y偏振)夹角仍为45°。

如图2所示，本发明提供的一种实现偏振无关空间光调制的改进方法和装置。

本发明提供的一种实现偏振无关空间光调制的改进方法，具体实施方式：

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，上述方案就无法实现，此时使用两个半波片，其中一个半波片位于偏振相关空间光调制器件和偏振分束器件之间，其光轴方向与透射光束偏振方向的夹角为偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向与透射光束偏振方向夹角的一半，这样沿顺时针方向透射光束经过该半波片之后其偏振方向将与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偏振相关空间光调制器件—反射镜—偏振分束镜链路之间(即反射镜和偏振相关空间光调制器件之间或者偏振分束镜和反射镜之间)，其光轴方向与前一个半波片光轴方向夹角为45°，这样沿逆时针方向反射光束经过该半波片之后其偏振方向也将与偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向保持一致。

本发明提供一种实现偏振无关空间光调制的改进装置，具体说明如下：

该装置包括偏振分束镜1、反射镜2、第一、第二半波片3，5和反射式偏振相关空间光调制器件4，其中偏振分束镜1、偏振相关空间光调制器件4和反射镜2构成直角三角形回路。第二半波片5位于偏振相关空间光调制器件4—偏振分束镜1的直角边链路中，图中A-B链路，其光轴方向与透射光束偏振方向的夹角为偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向与透射光束偏振方向夹角的一半。第一半波片3位于偏振相关空间光调制器件4—反射镜2—偏振分束镜1链路之间，图中A-C-B的链路(即第一半波片3位于AC或BC两点之间)，其光轴方向与第二半波片5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Y偏振光，在回路中沿逆时针方向传播。本发明假设偏振相关空间光调制器工作偏振态为X₁偏振态。透射光沿顺时针方向经过第二半波片5后偏振态变为X₁，然后被偏振相关空间光调制器件4调制后小角度反射通过第一半波片3，偏振态变为Y偏振，并经由反射镜2反射进入偏振分束镜1，由光路可逆的原理可知，Y偏振正好反射出射偏振分束镜1。与此同时，入射光通过偏振分束镜1被反射的Y偏振光，沿逆时针方向经过反射镜2的反射通过第一半波片3之后，偏振态变为X₁偏振，正好对应偏振相关空间光调制器件4工作偏振态，经偏振相关空间光调制器件4小角度反射后，再经过第二半波片5将偏振态变为X偏振态，透射出偏振分束镜1，与反射的Y偏振光合束之后出射。这样，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，从而实现偏振无关空间光调制。

如图3所示，本发明提供的另一种实现偏振无关空间光调制的改进方法和装置。

本发明提供的另一种实现偏振无关空间光调制的改进方法，具体实施方式：

在上述方案中采用直角三角形回路，值得注意的是顺时针和逆时针方向两路光束在经过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，存在一个显著不足，即顺时针方向光束和逆时针方向光束的光程不相等(即直角边AB不可能等于直角边AC与斜边BC之和)，这是由于偏振相关空间光调制器件在回路中的位置对于顺时针和逆时针方向两路光束不对称引起，这在实际应用中(比如偏振无关空间光调制产生轨道角动量光束)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(如光斑大小不一致)进而影响偏振无关空间光调制性能。为了对此进行改进，在上述方案基础之上采用多边形回路，对原有直角三角形回路进行拓展，即在原来直角三角形回路偏振相关空间光调制器件和偏振分束镜之间增加一个反射镜，在原来直角三角形回路偏振相关空间光调制器件—反射镜—偏振分束镜链路之间也增加一个反射镜。这样，改进的技术方案中采用了五边形回路，对于顺时针和逆时针方向两路光束在经过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，改进技术方案表现出的重要特点是：1)顺时针方向光束和逆时针方向光束的光程相等(即AB+BE＝AC+CD+DE)；2)顺时针方向光束经过3次反射，逆时针方向光束经过1次反射，即同为奇数次反射。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。鉴于此，在实际应用中考虑光路设计的灵活性需求，改进设计方案也可以在原来直角三角形回路中，偏振分束镜1与偏振相关空间光调制器件4之间增加N(N＝0,1,2,3,…)个反射镜，在原来直角三角形回路偏振相关空间光调制器件4—反射镜2—偏振分束镜1链路之间增加N+2M(N+2M≥0,N＝0,1,2,3,…；M＝±1,±2,…)个反射器件，同时，改进技术方案中采用多边形回路后对于顺时针和逆时针方向两路光束在经过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，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。

本发明提供另一种实现偏振无关空间光调制的改进装置，具体说明如下：

该装置包括偏振分束镜1、第一至第三反射镜2，6，7、第一、第二半波片3，5和偏振相关空间光调制器件4。第二半波片5位于偏振相关空间光调制器件4—反射镜7—偏振分束镜1链路中，图中A-B-E链路(第二半波片5位于AB或BE两点之间)，其光轴方向与透射光束偏振方向的夹角为偏振相关空间光调制器件的工作偏振方向与透射光束偏振方向夹角的一半。第一半波片3位于偏振相关空间光调制器件4—反射镜6—反射镜2—偏振分束镜1链路之间，图中A-C-D-E的链路(即第一半波片3位于AC或CD或DE两点之间)，其光轴方向与第二半波片5光轴方向夹45°。当入射光束经过偏振分束镜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Y偏振光，在回路中沿逆时针方向传播。本发明假设偏振相关空间光调制器工作偏振态为X₁偏振态。透射光束沿顺时针方向经过第二半波片5后偏振态变为X₁，经反射镜7反射入射到偏振相关空间光调制器件4并被调制后反射，通过第一半波片3，偏振态变为Y偏振，此时的Y偏振光经过反射镜2，6反射进入偏振分束镜1，由光路可逆的原理可知，Y偏振光正好反射出射偏振分束镜1。与此同时，入射光沿逆时针方向通过偏振分束镜1被反射的Y偏振光，经过反射镜2和6的反射通过第一半波片3之后，偏振态变为X₁偏振，正好可以被偏振相关空间光调制器件4调制，经偏振相关空间光调制器件4反射后，再经过反射镜7反射进入第二半波片5将偏振态变为X偏振态，透射出偏振分束镜1，与反射的Y偏振光合束之后出射。这样，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，从而实现偏振无关空间光调制。在实际应用中考虑光路设计的灵活性需求，改进设计方案也可以在原来直角三角形回路的偏振分束镜1与偏振相关空间光调制器件4之间增加N(N＝0,1,2,3,…)个反射镜，在原来直角三角形回路偏振相关空间光调制器件4—反射镜2—偏振分束镜1链路之间总计增加N+2M(N+2M≥0,N＝0,1,2,3,…；M＝±1,±2,…)个反射镜，同时，改进技术方案中采用多边形回路后对于顺时针和逆时针方向两路光束在经过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，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。

如图4所示，本发明提供的利用偏振无关空间光调制的方法和装置实现的偏振复用通信系统。

本发明提供的利用偏振无关空间光调制的方法和装置实现的偏振复用通信系统的方法，具体实施方式：

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的空间光解调，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4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。

本发明提供的利用偏振无关空间光调制的方法和装置实现的偏振复用通信系统，具体说明如下：

该系统由光源100，第一、第二分束镜200，300，偏振无关空间光调制装置400，偏振无关解调装置500，接收机600组成，其中偏振无关空间光调制装置400和偏振无关解调装置500即为图3所示的装置，只需在400中偏振相关空间光调制器件加载空间光调制信息(如轨道角动量模式)，在500中偏振相关的的空间光调制器件加载空间光解调信息(如解调轨道角动量模式)即可。该系统也可以从一路扩展到多路。

下面介绍本发明提供的偏振无关空间光调制的具体实施例，以验证图1所示的装置是否可以实现偏振无关的空间光调制，其具体结构如下：

如图5所示，实验装置包括偏振分束镜1，反射镜2，第一半波片3，偏振相关空间光调制器件4，激光光源11，第三半波片8，第三分束镜9和相机10。实验时在偏振相关空间光调制器件4上加载相位图案产生轨道角动量(OAM)模式，通过相机10观察光斑。

如图6所示，一般的偏振相关的空间管光调制器只调制某一特定偏振态的光束(通过在相位图案中加入光栅可以将调制后光斑与未调制图案分开)，图6中(a)-(f)分别对应第三半波片8光轴从0°-90°的变化(实验中为了方便记录，使第三半波片8光轴在0°时，调节入射线偏振态，使出射光偏振态与偏振相关空间光调制器工作偏振态一致)时，观察到从偏振相关空间光调制器出射的光斑，左侧光斑为调制后，右侧光斑未调制。结果表明普通的偏振相关的空间光调制只能工作在某一特定偏振态。图7为经过本发明装置后入射空间光调制器件，图中(a)-(c)分别对应随机调节第三半波片8光轴方向到三个不同位置时观察到的出射光斑，图中可以看出光斑没有变化，表明本发明实现偏振无关空间光调制。图8中(a)是混合偏振光直接入射偏振相关空间光调制器时观察到的光斑。此时，调节第三半波片8光轴方向，光斑图样不变，但始终有部分光束未被调制。图中(b)是混合偏振光入射经过本发明提供的偏振无关空间光调制装置时观察到的光斑。此时，调节第三半波片8光轴方向，光斑图样不变，且所有光束都被调制。表明本发明实现偏振无关空间光调制。

本发明所述的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偏振相关空间光调制器件。

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。

Claims (10)

1.一种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次反射之后到达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+1次反射之后到达偏振相关空间光调制器件，N+2M≥0,N＝0,1,2,3,…；M＝0，±1,±2,…，顺时针和逆时针两路光束的偏振方向在到达偏振相关空间光调制器件之前调节为与偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致，再被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；

所述偏振相关空间光调制器件为反射式偏振相关空间光调制器件。

2.根据权利要求1所述的偏振无关空间光调制方法，其特征在于，当N＝0，M＝0时，所述顺时针和逆时针方向光束构成直角三角形回路；当N＝1,2,3,…，N+2M＞0,M＝±1,±2,…，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偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致；经过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偏振相关空间光调制器件之前旋转90°以和偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致；经过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偏振相关空间光调制器件之前旋转X°以和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偏振相关空间光调制器件之前旋转(X+90)°以和偏振相关空间光调制器件工作偏振方向一致；经过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。

6.一种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)，第一反射镜(2)，第一半波片(3)，偏振相关空间光调制器件(4)；所述偏振分束镜(1)与偏振相关空间光调制器件(4)之间设置有N个第二反射镜，N＝0,1,2,3,…，所述偏振相关空间光调制器件(4)—第一反射镜(2)—偏振分束镜(1)的链路之间设置N+2M个第三反射镜，N+2M≥0,N＝0,1,2,3,…；M＝0，±1,±2,…，所述偏振分束镜，偏振相关空间光调制器件和各反射镜构成多边形回路；

如果偏振相关空间光调制器件(4)的工作偏振方向与偏振分束镜(1)透射光束偏振方向一致，则第一半波片(3)位于偏振分束镜(1)和第一反射镜(2)之间任意位置，或者位于在偏振相关空间光调制器件(4)与第一反射镜(2)之间任意位置；如果偏振相关空间光调制器件(4)与偏振分束镜(1)透射光束偏振方向正交，则第一半波片(3)位于偏振分束镜(1)和偏振相关空间光调制器件(4)之间任意位置；第一半波片(3)的光轴与偏振相关空间光调制器件(4)的工作偏振方向夹角为45°；

所述偏振相关空间光调制器件(4)为反射式偏振相关空间光调制器件。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当N＝0，M＝0时，所述偏振分束镜(1)、偏振相关空间光调制器件(4)和第一反射镜(2)构成直角三角形回路；当N＝1,2,3,…，N+2M＞0,M＝±1,±2,…，所述偏振分束镜，偏振相关空间光调制器件和各反射镜构成边数大于3的多边形回路，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。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，偏振相关空间光调制器件(4)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，在偏振分束镜(1)与偏振相关空间光调制器件(4)之间的光路上设有第二半波片(5)，且第二半波片(5)的光轴与偏振分束镜(1)透射光束偏振方向的夹角为偏振相关空间光调制器件(4)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(3)的光轴与第二半波片(5)的光轴夹角为45°。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述的偏振相关空间光调制器件为液晶空间光调制器。

10.由根据权利要求6至9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，以及二个所述偏振无关空间光调制装置，其中，一个偏振无关空间光调制装置用于调制，另一个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偏振无关空间光解调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。