CN105652553A - 基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置及转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及衍射光学与光纤光学交叉领域，具体涉及一种基于可自由灵活编程控制的光学相控阵的光纤空间多种传输模式的转换装置及转换方法。该转换装置由两套光纤耦合接口、准直扩束器、分束器、反射镜以光学相控阵作用面成对称放置或者以光学相控阵作用面的垂直面成对称放置，构成4-f系统，光学相控阵5置于4-f系统的傅立叶平面上，形成转换装置，本发明同时还公布了利用该转换装置进行转换的方法，实现了光纤空间传输模式的自由灵活转换。

Description

基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置及转换方法
技术领域
本发明涉及衍射光学与光纤光学交叉领域，具体涉及一种基于可自由灵活编程控制的光学相控阵的光纤空间多种传输模式的转换装置及转换方法。
背景技术
光纤空间多种传输模式具有多样性，在光纤传感、光纤通讯以及光纤穿戴设备等领域有广泛应用，但是由于不同的目的需要不同光纤空间传输模式，光纤空间传输模式需要经常转换，当前的光纤空间传输模式多为一对一模式转换，即“一事一用”，不能满足自由灵活转换的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何实现光纤空间多种传输模式的自由灵活变换，避免“一事一用”。
本发明所采用的技术方案是：基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置，该转换装置由第一光纤耦合接口、第一准直扩束器、第一分束器、第一反射镜、光学相控阵、第二反射镜、第二分束器、第二准直扩束器和第二光纤耦合接口组成，第一纤光耦合接口、第一准直扩束器、第一分束器、第一反射镜与第二反射镜、第二分束器、第二准直扩束器、第二光纤耦合接口以光学相控阵作用面成对称放置或者以光学相控阵作用面的垂直面成对称放置，构成4-f系统，光学相控阵置于4-f系统的傅立叶平面上，光学相控阵用于承载设计的相位分布，对传输的光束波起预期调制作用。光学相控阵5为透射式光学相控阵或反射式光学相控阵。
作为一种优选方式：光学相控阵为透射式光学相控阵，第一光纤耦合接口、第一准直扩束器、第一分束器、第一反射镜与第二反射镜、第二分束器、第二准直扩束器、第二光纤耦合接口以光学相控阵作用面成对称放置。
作为一种优选方式：光学相控阵为反射式光学相控阵，第一光纤耦合接口、第一准直扩束器、第一分束器、第一反射镜与第二反射镜、第二分束器、第二准直扩束器、第二光纤耦合接口以光学相控阵作用面的垂直面成对称放置。
利用本发明所述的转换装置进行转换的方法，按照如下的步骤进行：
步骤一：设定第一光纤耦合接口处接入光纤的空间传输模式，第二光纤耦合接口处接入光纤需求的空间传输模式，光学相控阵初始相位分布设置为无调制模式；
步骤二：判断第一光纤耦合接口处接入光纤的空间传输模式与第二光纤耦合接口处接入光纤需求的空间传输模式是否一致，如果两者一致，光学相控阵相位分布选择初始相位分布作为光学相控阵的相位分布，如果不一致，依据第二光纤耦合接口处接入光纤需求的空间传输模式，设计出需要载入光学相控阵的相位分布，并选择其作为光学相控阵的相位分布；
步骤三：将选择的光学相控阵的相位分布载入光学相控阵，实现第一光纤耦合接口处接入光纤的空间传输模式向第二光纤耦合接口处接入光纤需求的空间传输模式的预期转换。
本发明的有益效果是：本发明利用光学相控阵相位分布的可实时编程控制特性，提供了一种自由灵活地实现光纤空间传输模式的转换的装置，并利用该装置实现了光纤空间传输模式的自由灵活转换。本发明具有模式转换灵活、自由、方便；可实时在线调控传输模式的转换；结构简单，且模式转换具有可逆性；可实现现有大部分空间模式的自由转换，避免“一事一用”。
附图说明
图1是本发明一种基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置示意图；
图2是本发明另一种基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置示意图；
图3是LP01模式转换成LP01、LP11(a)、LP11(b)、LP21(a)、LP21(b)模式所设计出需要载入光学相控阵的相位分布图；
图4是LP01模式转换成LP01、LP11(a)、LP11(b)、LP21(a)、LP21(b)模式后的LP01、LP11(a)、LP11(b)、LP21(a)、LP21(b)模式分布图。
其中，1、第一光纤耦合接口2、第一准直扩束器3、第一分束器4、第一反射镜5、光学相控阵6、第二反射镜7、第二分束器8、第二准直扩束器9、第二光纤耦合接口。
具体实施方案
实施例1
如图1所示，是本发明基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置的一种结构示意图，该转换装置由第一光纤耦合接口1、第一准直扩束器2、第一分束器3、第一反射镜4、光学相控阵5、第二反射镜6、第二分束器7、第二准直扩束器8和第二光纤耦合接口9组成，第一光纤耦合接口1、第一准直扩束器2、第一分束器3、第一反射镜4与第二反射镜6、第二分束器7、第二准直扩束器8、第二光纤耦合接口9以光学相控阵5作用面成对称放置，构成4-f系统，光学相控阵5置于4-f系统的傅立叶平面上，光学相控阵5用于承载设计的相位分布，对传输的光束波起预期调制作用。
实施例2
如图2所示，是本发明基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置的另一种结构示意图，该转换装置由第一光纤耦合接口1、第一准直扩束器2、第一分束器3、第一反射镜4、光学相控阵5、第二反射镜6、第二分束器7、第二准直扩束器8和第二光纤耦合接口9组成，第一光纤耦合接口1、第一准直扩束器2、第一分束器3、第一反射镜4与第二反射镜6、第二分束器7、第二准直扩束器8、第二光纤耦合接口9以光学相控阵作用面的垂直面成对称放置，构成4-f系统，光学相控阵5置于4-f系统的傅立叶平面上，光学相控阵5用于承载设计的相位分布，对传输的光束波起预期调制作用。
实施例3
利用实施例1（光学相控阵5为透射式光学相控阵-液晶空间光调制器）或者实施例2（光学相控阵5为反射式光学相控阵-数字微镜）中的基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置实现光学相控阵的光纤空间传输模式转换的方法。
步骤一：设定第一光纤耦合接口处1接入光纤的空间传输模式，第一光纤耦合接口1处接入单模式光纤中的LP01模式，第二光纤耦合接口9处接入光纤需求的空间传输模式，即转换成第二光纤耦合接口9处接入少模光纤中的LP01、LP11(a)、LP11(b)、LP21(a)、LP21(b)模式如图4所示，LP01、LP11(a)、LP11(b)、LP21(a)、LP21(b)是指代不同光纤的空间传输模式，光学相控阵初始相位分布设置为无调制模式；
步骤二：判断第一光纤耦合接口1处接入光纤的空间传输模式与第二光纤耦合接口9处接入光纤需求的空间传输模式是否一致，如果第二光纤耦合接口9处接入少模光纤中模式为LP01模式，光学相控阵相位分布选择初始相位分布作为光学相控阵的相位分布，如果第二光纤耦合接口9处接入少模光纤中的模式为LP11(a)、LP11(b)、LP21(a)、LP21(b)模式，依据第二光纤耦合接口9处接入光纤需求的空间传输模式，对应设计出需要载入光学相控阵的相位分布，并选择其作为光学相控阵的相位分布，如图3所示；
步骤三：将选择的光学相控阵的相位分布载入光学相控阵，实现第一光纤耦合接口1处接入光纤的空间传输模式向第二光纤耦合接口9处接入光纤需求的空间传输模式的转换，完成预期的模式转换。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

Claims (5)

1.基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置，其特征在于：该转换装置由第一光纤耦合接口(1)、第一准直扩束器(2)、第一分束器(3)、第一反射镜(4)、光学相控阵(5)、第二反射镜(6)、第二分束器(7)、第二准直扩束器(8)和第二光纤耦合接口(9)组成，第一光纤耦合接口(1)、第一准直扩束器(2)、第一分束器(3)、第一反射镜(4)与第二反射镜(6)、第二分束器(7)、第二准直扩束器(8)、第二光纤耦合接口(9)以光学相控阵（5）作用面成对称放置或者以光学相控阵（5）作用面的垂直面成对称放置，构成4-f系统，光学相控阵（5）置于4-f系统的傅立叶平面上，光学相控阵（5）用于承载设计的相位分布，对传输的光束波起预期调制作用。
2.根据权利要求1所述的基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置，其特征在于：光学相控阵（5）为透射式光学相控阵或反射式光学相控阵。
3.根据权利要求2所述的基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置，其特征在于：光学相控阵（5）为透射式光学相控阵，第一光纤耦合接口（1）、第一准直扩束器（2）、第一分束器（3）、第一反射镜（4）与第二反射镜（6）、第二分束器（7）、第二准直扩束器（8）、第二光纤耦合接口（9）以光学相控阵（5）作用面成对称放置。
4.根据权利要求2所述的基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置，其特征在于：光学相控阵（5）为反射式光学相控阵，第一光纤耦合接口（1）、第一准直扩束器（2）、第一分束器（3）、第一反射镜（4）与第二反射镜（6）、第二分束器（7）、第二准直扩束器（8）、第二光纤耦合接口（9）以光学相控阵（5）作用面的垂直面成对称放置。
5.利用权利要求1所述的转换装置进行转换的方法，其特征在于按照如下的步骤进行：
步骤一：设定第一光纤耦合接口（1）处接入光纤的空间传输模式，第二光纤耦合接口（2）处接入光纤需求的空间传输模式，光学相控阵（5）初始相位分布设置为无调制模式；
步骤二：判断第一光纤耦合接口（1）处接入光纤的空间传输模式与第二光纤耦合接口（9）处接入光纤需求的空间传输模式是否一致，如果两者一致，光学相控阵（5）相位分布选择初始相位分布作为光学相控阵（5）的相位分布，如果不一致，依据第二光纤耦合接口（9）处接入光纤需求的空间传输模式，设计出需要载入光学相控阵（5）的相位分布，并选择其作为光学相控阵（5）的相位分布；
步骤三：将选择的光学相控阵（5）的相位分布载入光学相控阵（5），实现第一光纤耦合接口（1）处接入光纤的空间传输模式向第二光纤耦合接口（9）处接入光纤需求的空间传输模式的预期转换。
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