CN107367795B - 完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本专利涉及一种完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，该光纤耦合装置主要包括：完美涡旋轨道角动量复用端，空心光纤，及完美涡旋轨道角动量解复用端。所述的光纤耦合装置可以实现多路单模光纤输入信号经过完美涡旋编码光栅耦合进入同一根特殊设计的空心光纤中。此外，所述的光纤耦合装置还可以实现经过空心光纤长距离传输的多路信号经过完美涡旋编码光栅解复用分别耦合进入多路单模光纤实现多路信号解调。这种完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置在高速光纤通信方面具有重要的潜在应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及新型光纤通信轨道角动量复用技术，特别是一种完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置。
背景技术
涡旋光束是指具有螺旋相位波前的激光束，其螺旋相位可以表示为其中l称为该螺旋相位的拓扑荷，为角向坐标。正是由于这种螺旋相位波前结构，涡旋光束的中心点具有相位不确定点，这个特殊的点称为相位奇点，并且在该点处的幅值为零。不同拓扑荷l的光学涡旋携带的轨道角动量不同，且相互之间模式完全正交，因而可以在共轴传播或者耦合入光纤中传播携带不同轨道角动量的不同模式涡旋光束不会形成串扰。因而，这种轨道角动量提供了用于信息复用的新的自由度，从而光学涡旋在高速光通信方面具有广泛的应用前景，也得到了大家的广泛关注。
然而，光学涡旋在空间传输往往会受到大气扰动等因素的影响。如果能够将不同轨道角动量的光学涡旋同时耦合到一根光纤中传输，那么就可以大大降低气流扰动等因素的影响。然而，传统的光学涡旋的亮环半径是随拓扑荷的增加而增大的，因而很难将多个携带不同轨道角动量的涡旋光束耦合到同一根光纤并传输。2013年，墨西哥科学家Ostrovsky等人首次提出完美光学涡旋概念，这种完美涡旋的环半径与拓扑荷无关【Opt.Lett.38,534(2013)】。最近，我们提出了一种可以同时产生大量携带不同轨道角动量的完美涡旋的相位编码光栅，可以在透镜傅立叶变换面上产生几十到上百个携带不同轨道角动量的完美涡旋阵列【先前技术ZL201510210527.1】。本发明提出了一种利用这种编码光栅可以实现大量携带不同拓扑荷的完美涡旋光束的轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置。
发明内容
本发明提出一种可以实现大量携带不同拓扑荷的完美涡旋光束的轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置。所述的光纤耦合装置可以实现由传统的单模光纤输出的多路调制信号通过一个完美涡旋编码光栅耦合到同一根特殊设计的空心光纤中实现稳定的传输，即实现多路调制信号光的轨道角动量复用。此外，所述的光学耦合装置还可以实现经过长距离空心光纤传输之后多个信号经过完美涡旋编码光栅实现多路信号分别耦合进入多路单模光纤信道实现解复用。
本发明的技术解决方案如下：
一种完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特点在于包括：完美涡旋轨道角动量复用端模块；空心光纤传输模块；完美涡旋轨道角动量解复用端模块；
所述的完美涡旋轨道角动量复用端模块包括：沿波分复用的调制信号方向依次是M×N单模光纤阵列、M×N光纤耦合输出镜阵列、M×N半径补偿板阵列、准直透镜、完美涡旋编码光栅、可调光阑、空心光纤耦合输入镜和空心光纤耦合输入端，其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数；
所述的完美涡旋轨道角动量解复用端模块包括：沿空心光纤传输的轨道角动量复用光信号方向依次是空心光纤耦合输出端、空心光纤耦合输出镜、可调光阑、准直透镜、共轭完美涡旋编码光栅、M×N光纤耦合镜阵列、M×N单模光纤阵列和M×N单模光电探测器阵列，其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数；
所述的空心光纤传输模块由一根长距离空心光纤组成，空心光纤耦合输入端和空心光纤耦合输出端分别与所述的完美涡旋轨道角动量复用端模块和完美涡旋轨道角动量解复用端模块相连。
所述的空心光纤、空心光纤耦合输入端和空心光纤耦合输出端的截面的中心圆形区域为空气，中心圆形空气层之外由内到外依次为环形纤芯层、环形包层和环形涂覆层，且其截面上折射率分布满足：n1>n3>n2>n0，其中，n1为环形纤芯折射率；n2为环形包层折射率；n3为涂覆层折射率；n0为空气折射率。
M×N单模光纤阵列与M×N光纤耦合输出镜阵列出射的是发散的球面波，且其发散球面波的球心位于准直透镜的前焦面内；所述的完美涡旋编码光栅处在准直透镜的后焦面上；准直透镜的前焦面和空心光纤耦合输入端的耦合端面关于耦合输入镜成一对物像共轭关系，即满足关系式其中，u1为准直透镜的前焦面与耦合输入镜的距离，v1为耦合输入镜与空心光纤耦合输入端的耦合端面的距离，f1为耦合输入镜的焦距；所述的M×N单模光纤阵列、M×N光纤耦合输出镜阵列和M×N半径补偿板阵列在空间上是按照M×N二维矩形阵列排布，且最中心位置处是缺少一路光纤及相应的光纤耦合镜和半径补偿板；其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数。
所述的M×N单模光纤阵列与M×N光纤耦合输入镜阵列入射的是发散的球面波，且其发散球面波的球心位于准直透镜的后焦面内；所述的共轭完美涡旋编码光栅处在准直透镜的前焦面上；所述的M×N单模光纤阵列、M×N光纤耦合输入镜阵列和M×N光电探测器阵列在空间上是按照M×N二维矩形阵列排布，且最中心位置处是缺少一路光纤及相应的光纤耦合镜和光电探测器；其中，M和N均为大于1的整数；准直透镜的前焦面和空心光纤耦合输出端的耦合端面关于耦合输出镜成一对物像共轭关系，即满足关系式其中，u2为耦合输出镜与空心光纤耦合输出端的耦合端面的距离，v2为准直透镜的前焦面与耦合输出镜的距离，f2为耦合输入镜的焦距。
所述的完美涡旋编码光栅透过率函数为：
其中，arg{}表示取相位操作；为该光栅平面内的极坐标；归一化位置坐标矢量其中(x,y)为光栅平面内的直角坐标，Λx和Λy为该光栅沿x和y方向周期；Cm和Cn分别为x和y方向上的傅立叶系数。矢量表示二维光栅的二维衍射级次，其中m和n分别表示二维光栅沿x和y方向的衍射级次；矢量为二维光栅所携带的涡旋相位的基础拓扑荷，其中lx和ly分别表示该二维光栅在x和y方向上基础拓扑荷，对于M×N的二维编码光栅，lx和ly满足关系式ly/lx＝M或1/N；，M和N均为大于1的正整数；β0为额外角锥相位发散角参数；矢量为半径补偿角锥相位基础发散角参数，其中βx和βy分别表示该二维编码光栅在x和y方向上基础发散角参数，对于M×N的二维编码光栅，βx和βy满足关系式βy/βx＝M或1/N；且完美涡旋编码光栅在入射光束覆盖范围内的光栅周期数至少大于10。
所述的半径补偿板阵列中半径补偿板的透过率函数为一个角锥相位分布，可以写为：
Taxicon＝exp[ikα(n-1)(R-r)]，
其中，α为角锥相位底角参数，n为材料折射率；R为半径补偿板的最大通光孔径；r为径向坐标。
所述的共轭完美涡旋编码光栅透过率函数可以写成：
其中，arg{}表示取相位操作；为该光栅平面内的极坐标；归一化位置坐标矢量其中(x,y)为光栅平面内的直角坐标，Λx和Λy为该光栅沿x和y方向周期；Cm和Cn分别为x和y方向上的傅立叶系数。矢量表示二维光栅的二维衍射级次，其中m和n分别表示二维光栅沿x和y方向的衍射级次；矢量为二维光栅所携带的涡旋相位的基础拓扑荷，其中lx和ly分别表示该二维光栅在x和y方向上基础拓扑荷，对于M×N的二维编码光栅，lx和ly满足关系式ly/lx＝M或1/N；，M和N均为大于1的正整数；β0为额外角锥相位发散角参数；矢量为半径补偿角锥相位基础发散角参数，其中βx和βy分别表示该二维编码光栅在x和y方向上基础发散角参数，对于M×N的二维编码光栅，βx和βy满足关系式βy/βx＝M或1/N；且共轭完美涡旋编码光栅在入射光束覆盖范围内的光栅周期数至少大于10。
本发明的技术效果
本发明提出一种可以实现大量携带不同拓扑荷的完美涡旋光束的轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置。所述的光纤耦合装置可以实现由传统的单模光纤输出的多路调制信号通过一个完美涡旋编码光栅耦合到同一根特殊设计的空心光纤中实现稳定的传输，即实现多路调制信号光的轨道角动量复用。此外，所述的光学耦合装置还可以实现经过长距离空心光纤传输之后多个信号经过完美涡旋编码光栅实现多路信号分别耦合进入多路单模光纤信道实现解复用。
附图说明
图1是完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置示意图：101—M×N单模光纤阵列；102—M×N光纤耦合输出镜阵列；103—M×N半径补偿板阵列；104—准直透镜；105—M×N完美涡旋编码光栅；106—可变光阑；107—空心光纤耦合输入镜；108—空心光纤耦合输入端；001—空心光纤；201—空心光纤耦合输出端；202—空心光纤耦合输出镜；203—可变光阑；204—准直透镜；205—M×N共轭完美涡旋编码光栅；206—M×N单模光纤耦合输入镜；207—M×N单模光纤阵列；208—M×N光电探测器阵列。
图2是完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置完美涡旋轨道角动量复用端的三维示意图。
图3是M×N单模光纤阵列在XY平面分布示意图。
图4是半径补偿板相位分布示意图：二维分布(上)；轴向截面分布(中)；多台阶相位轴向截面分布(下)。
图5是空心光纤截面折射率分布示意图：二维分布(上)；径向一维分布(下)。
图6是l＝10的完美涡旋光束入射到完美涡旋编码光栅上其傅立叶变换平面上的衍射光场分布数值模拟结果。
具体实施方式
请参阅图1完美涡旋轨道角动量复用/解复用光纤耦合装置示意图。经过波分复用之后的调制信号光束耦合进入M×N单模光纤阵列101，再经M×N光纤耦合输出镜阵列102分别耦合输出变成M×N-1路发散球面波，且发散球面波的虚焦点位于准直透镜104的焦面上。准直光束入射到M×N完美涡旋编码光栅105反射经过准直透镜104进入光阑106、空心光纤耦合镜107和空心光纤输入端108。经轨道角动量复用光信号经过空心光纤001传输，经空心光束输出端201经空心光纤耦合输出镜202耦合输出，然后通过可变光阑203并经过准直透镜204准直为平面波入射到完美涡旋编码光栅205上，其衍射光场反射再次经过准直透镜204并通过单模光纤耦合镜206耦合到M×N单模光纤阵列207中，分别通过M×N光电探测器阵列208分别转换为M×N-1路实现信号解复用。
每路从单模光纤耦合输出的光束经过一个半径补偿板103。经过半径补偿板之后的发散球面波阵列经过准直透镜104准直变成不同倾角的平面波。其中，倾角与光纤在XY平面内空间位置的关系可以写成(请参阅图3)
其中，θm,x表示倾斜角度在XZ平面内的投影角，θm,y表示倾斜角度在YZ平面内的投影角。m和n分别表示从坐标零点开始第(m,n)根光纤，且沿X和Y轴正方向为正，负方向为负。Δx和Δy分别表示X和Y轴方向上单模光纤间隔；f为准直透镜104的焦距；λ表示工作波长；Λx和Λy分别表示M×N完美涡旋编码光栅105沿X和Y轴方向的周期。于是，倾斜角度θmn可以表示为
请参阅图4，半径补偿板整体为一个角锥相位分布，其透过率函数可以表示为
Taxicon＝exp[ikα(n-1)(R-r)] (3)
其中α为角锥相位底角；n为材料折射率；R为角锥相位最大通光孔径；r为径向坐标；这种连续相位元件可以通过多台阶光刻方案实现，如图4所示。
从单模光纤耦合输出的发散球面波经过准直透镜变成倾斜平面波入射到M×N完美涡旋编码光栅105上，其中M×N完美涡旋编码光栅透过率函数可以写成
其中，arg{}表示取相位操作；为该光栅平面内的极坐标；归一化位置坐标矢量其中(x,y)为光栅平面内的直角坐标，Λx和Λy为该光栅沿x和y方向周期；Cm和Cn分别为x和y方向上的傅立叶系数。矢量表示二维光栅的二维衍射级次，其中m和n分别表示二维光栅沿x和y方向的衍射级次；矢量为二维光栅所携带的涡旋相位的基础拓扑荷，其中lx和ly分别表示该二维光栅在x和y方向上基础拓扑荷，对于M×N的二维编码光栅，lx和ly满足关系式ly/lx＝M或1/N；，M和N均为大于1的正整数；矢量为二维光栅所携带的角锥相位基础发散角参数，其中βx和βy分别表示该二维编码光栅在x和y方向上基础发散角参数，对于M×N的二维编码光栅，βx和βy满足关系式βy/βx＝M或1/N；β0为额外角锥相位发散角参数(详细参考先前技术ZL201510210527.1)。倾斜角θmn的平面波经过M×N完美涡旋编码光栅衍射之后其第(m,n)级次沿Z轴方向传输，且携带的拓扑荷为(mlx+nly)的涡旋；这样，M×N-1路光信号经过M×N完美涡旋编码光栅即可实现M×N-1路轨道角动量复用。在Z轴方向携带不同拓扑荷的复用光束经过光阑106低通滤波之后，经过空心光纤耦合镜107耦合进入空心光纤实现稳定传输。
请参阅图4，空心光纤为中心为空气的圆形区域(折射率n0＝1)，纤芯为环形的高折射率层(折射率n1)，外面包覆一层低折射率的光纤包层(折射率n2)；在包层之外另外包覆一层折射率n3的涂覆层。其中，折射率分布满足n1>n3>n2>n0。
完美涡旋解复用装置请参阅图5，依据光路传播方向依次为：空心光纤201、空心光纤耦合镜202、光阑203、傅立叶变换透镜204、共轭完美涡旋编码光栅205、单模光纤耦合镜206、单模光纤207、以及光电探测器208。携带信号的调制光束经过空心光纤201传输之后经空心光纤耦合镜202耦合输出，入射到共轭完美涡旋编码光栅204，共轭完美涡旋编码光栅204透过率函数可以写成
经过空心光纤耦合输出的信号光经过共轭完美涡旋编码光栅204之后，衍射发出M×N级次；M×N级次经过单模光纤耦合镜分别耦合进M×N排布的单模光纤阵列中，只有携带-(mlx+nly)拓扑荷的信号光在第(m,n)级次由于拓扑荷湮没变成中心亮斑，才能实现耦合进入第(m,n)根单模光纤实现稳定传输；而携带其他拓扑荷值的信号光依然为环形光斑分布因而不能耦合进入第(m,n)根单模光纤实现稳定传输，从而实现轨道角动量的解复用。在阵列光纤出射端连接光电探测器实现光电转换，并最终实现信号解调。
具体实施例：
以下以空间光调制器实现的5×5完美涡旋编码光栅为例，给出一个拓扑荷从-12到12变化的具体实施例。通信波长选为1530～1560nm。5×5光纤阵列间隔设为10mm，准直透镜焦距300mm。完美涡旋编码光栅周期设为46.5微米。完美涡旋编码光栅序选用德国HoloEye公司的GATA-TELCO空间光调制器(单像素尺寸3.74微米，总像素数目4094×2464)来实现，则完美涡旋编码光栅单周期内的像素数目12个。完美涡旋编码光栅x和y方向的基础拓扑荷设为lx＝1，ly＝5，则完美涡旋拓扑荷变化范围为-12到12。角锥相位参数β0＝0.00675，β＝0。单模光纤选用标准通信波段光纤G.655单模光纤(芯径10微米，包层125微米)；空心光纤纤芯设计为环半径20微米，环宽度4微米。
半径补偿板选用熔石英材料，其1550波段折射率为n＝1.444。分别针对按XY轴坐标排布的半径补偿板的角锥相位参数分别为下表所列。
| X\Y | -2 | -1 | 0 | 1 | 2 |
| -2 | 0 | 3.42×10<sup>-4</sup> | 7.52×10<sup>-4</sup> | 6.15×10<sup>-4</sup> | 2.74×10<sup>-4</sup> |
| -1 | 6.84×10<sup>-5</sup> | 4.10×10<sup>-4</sup> | 8.21×10<sup>-4</sup> | 5.47×10<sup>-4</sup> | 2.05×10<sup>-4</sup> |
| 0 | 1.37×10<sup>-4</sup> | 4.79×10<sup>-4</sup> | / | 4.79×10<sup>-4</sup> | 1.37×10<sup>-4</sup> |
| 1 | 2.05×10<sup>-4</sup> | 5.47×10<sup>-4</sup> | 8.21×10<sup>-4</sup> | 4.10×10<sup>-4</sup> | 6.84×10<sup>-5</sup> |
| 2 | 2.74×10<sup>-4</sup> | 6.15×10<sup>-4</sup> | 7.52×10<sup>-4</sup> | 3.42×10<sup>-4</sup> | 0 |
单模光纤耦合镜选为通光孔径4mm、焦距45mm非球面镜。空心光纤耦合镜选为孔径6mm、焦距为30mm的非球面镜。空心光纤耦合镜到空心光纤耦合输入端的距离为45mm，空心耦合镜到准直透镜前焦面的距离为90mm。解复用端所用的单模光纤、准直透镜及耦合透镜均与复用端一致。附图6是模拟的当拓扑荷l＝10的完美涡旋光束入射到完美涡旋编码光栅上，其傅立叶变换面上的强度分布，可以看出只有对应的-10的衍射级次(0，-2)级是亮斑，其他均为环形光斑分布。因而只有l＝10这一路信号耦合进入位于(0，-2)级对应的单模光纤中并实现稳定传输到达光电探测器实现光电转换。基于该5×5完美涡旋编码光栅可以实现24路轨道角动量复用。
以上所述完美涡旋轨道角动量复用/解复用光纤耦合装置仅表达了本发明的一种具体实施方式，并不能因此而理解为对本发明保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以对本专利所提出的具体实施细节和代表性装置做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
综上所述，本发明提出了一种基于完美涡旋编码光栅的完美涡旋轨道角动量复用/解复用光纤耦合装置。该完美涡旋轨道角动量复用/解复用光纤耦合装置在太比特高速光纤通信方面有重要的应用价值。
Claims (7)
1.一种完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于包括：完美涡旋轨道角动量复用端模块；空心光纤传输模块；完美涡旋轨道角动量解复用端模块；
所述的完美涡旋轨道角动量复用端模块包括：沿波分复用的调制信号光束方向依次是第一M×N单模光纤阵列(101)、M×N光纤耦合输出镜阵列(102)、M×N半径补偿板阵列(103)、第一准直透镜(104)、完美涡旋编码光栅(105)、第一可调光阑(106)、空心光纤耦合输入镜(107)和空心光纤耦合输入端(108),其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数；
所述的完美涡旋轨道角动量解复用端模块包括：沿空心光纤(001)传输的轨道角动量复用光信号方向依次是空心光纤耦合输出端(201)、空心光纤耦合输出镜(202)、第二可调光阑(203)、第二准直透镜(204)、共轭完美涡旋编码光栅(205)、M×N光纤耦合输入镜阵列(206)、第二M×N单模光纤阵列(207)和M×N光电探测器阵列(208)，其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数；
所述的空心光纤传输模块由一根长距离空心光纤(001)组成，其分别通过空心光纤耦合输入端(108)和空心光纤耦合输出端(201)与所述的完美涡旋轨道角动量复用端模块和完美涡旋轨道角动量解复用端模块相连。
2.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的空心光纤(001)、空心光纤耦合输入端(108)和空心光纤耦合输出端(201)的截面的中心圆形区域为空气，中心圆形空气层之外由内到外依次为环形纤芯层、环形包层和环形涂覆层，且其截面上折射率分布满足：n1>n3>n2>n0，其中，n1为环形纤芯层折射率；n2为环形包层折射率；n3为涂覆层折射率；n0为空气折射率。
3.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的第一M×N单模光纤阵列(101)与M×N光纤耦合输出镜阵列(102)出射的是发散的球面波，且其发散球面波的球心位于第一准直透镜(104)的前焦面内；所述的完美涡旋编码光栅(105)处在第一准直透镜(104)的后焦面上；第一准直透镜(104)的前焦面和空心光纤耦合输入端(108)的耦合端面关于空心光纤耦合输入镜(107)成一对物像共轭关系，即满足关系式其中，u1为第一准直透镜(104)的前焦面与空心光纤耦合输入镜(107)的距离，v1为空心光纤耦合输入镜(107)与空心光纤耦合输入端(108)的耦合端面的距离，f1为空心光纤耦合输入镜(107)的焦距；所述的第一M×N单模光纤阵列(101)、M×N光纤耦合输出镜阵列(102)和M×N半径补偿板阵列(103)在空间上是按照M×N二维矩形阵列排布，且最中心位置处是缺少一路光纤及相应的光纤耦合输出镜和半径补偿板；其中，M和N均为大于1的正整数且为奇数。
4.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的第二M×N单模光纤阵列(207)与M×N光纤耦合输入镜阵列(206)入射的是发散的球面波，且其发散球面波的球心位于第二准直透镜(204)的后焦面内；所述的共轭完美涡旋编码光栅(205)处在第二准直透镜(204)的前焦面上；所述的第二M×N单模光纤阵列(207)、M×N光纤耦合输入镜阵列(206)和M×N光电探测器阵列(208)在空间上是按照M×N二维矩形阵列排布，且最中心位置处是缺少一路光纤及相应的光纤耦合输入镜和光电探测器；其中，M和N均为大于1的整数；第二准直透镜(204)的前焦面和空心光纤耦合输出端(201)的耦合端面关于空心光纤耦合输出镜(202)成一对物像共轭关系，即满足关系式其中，u2为空心光纤耦合输出镜(202)与空心光纤耦合输出端(201)的耦合端面的距离，v2为第二准直透镜(204)的前焦面与耦合输出镜(202)的距离，f2为空心光纤耦合输出镜(202)的焦距。
5.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的完美涡旋编码光栅(105)透过率函数为：
其中，arg{}表示取相位操作；为该完美涡旋编码光栅平面内的极坐标；归一化位置坐标矢量其中(x,y)为完美涡旋编码光栅平面内的直角坐标，Λx和Λy为该完美涡旋编码光栅沿x和y方向周期；Cm和Cn分别为x和y方向上的傅立叶系数；矢量表示完美涡旋编码光栅的二维衍射级次，其中m和n分别表示完美涡旋编码光栅沿x和y方向的衍射级次；矢量为完美涡旋编码光栅所携带的涡旋相位的基础拓扑荷，其中lx和ly分别表示该完美涡旋编码光栅在x和y方向上基础拓扑荷，对于M×N的完美涡旋编码光栅，lx和ly满足关系式ly/lx＝M或1/N，M和N均为大于1的正整数；β0为额外角锥相位发散角参数；矢量为半径补偿角锥相位基础发散角参数，其中βx和βy分别表示该完美涡旋编码光栅在x和y方向上基础发散角参数，对于M×N的完美涡旋编码光栅，βx和βy满足关系式βy/βx＝M或1/N；且完美涡旋编码光栅(105)在入射光束覆盖范围内的光栅周期数至少大于10。
6.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的M×N半径补偿板阵列(103)中半径补偿板的透过率函数为一个角锥相位分布，可以写为：
Taxicon＝exp[ikα(n-1)(R-r)]，
其中，α为角锥相位底角参数，n为材料折射率；R为半径补偿板的最大通光孔径；r为径向坐标。
7.根据权利要求1所述的完美光学涡旋轨道角动量复用/解复用的光纤耦合装置，其特征在于所述的共轭完美涡旋编码光栅(205)透过率函数可以写成：
其中，arg{}表示取相位操作；为该共轭完美涡旋编码光栅平面内的极坐标；归一化位置坐标矢量其中(x,y)为共轭完美涡旋编码光栅平面内的直角坐标，Λx和Λy为该共轭完美涡旋编码光栅沿x和y方向周期；Cm和Cn分别为x和y方向上的傅立叶系数；矢量表示共轭完美涡旋编码光栅的二维衍射级次，其中m和n分别表示共轭完美涡旋编码光栅沿x和y方向的衍射级次；矢量为共轭完美涡旋编码光栅所携带的涡旋相位的基础拓扑荷，其中lx和ly分别表示该共轭完美涡旋编码光栅在x和y方向上基础拓扑荷，对于M×N的共轭完美涡旋编码光栅，lx和ly满足关系式ly/lx＝M或1/N，M和N均为大于1的正整数；β0为额外角锥相位发散角参数；矢量为半径补偿角锥相位基础发散角参数，其中βx和βy分别表示该共轭完美涡旋编码光栅在x和y方向上基础发散角参数，对于M×N的共轭完美涡旋编码光栅，βx和βy满足关系式βy/βx＝M或1/N；且共轭完美涡旋编码光栅(205)在入射光束覆盖范围内的光栅周期数至少大于10。
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