CN108900275A - 空分复用通信系统及解复用cvb信道的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据传输技术领域，公开了一种解复用CVB信道的方法及系统，该系统包括光学几何器件和透镜组，光学几何器件包括解包器和相位校正器，透镜组包括第一透镜和第二透镜，相位校正器位于第一透镜的焦点处，解包器用于将具有N阶的同轴CVB展开形成两个圆弧形光斑，该两个圆弧形光斑入射到第一透镜中，第一透镜用于展开该两个圆弧形光斑，使两个圆弧形光斑在第一透镜的焦点处展开成两个平行的弧形光斑，相位校正器用于将两个平行的弧形光斑校正成两个矩形光斑，两个矩形光斑入射到第二透镜中，第二透镜用于将两个矩形光斑聚焦汇聚成N条长条形光斑。实现了同时解多个CVB信道的技术效果，解复用效率高。

Description

空分复用通信系统及解复用CVB信道的方法及系统

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种空分复用通信系统及解复用CVB信道的方法及系统。

背景技术

随着信息量的不断增长及现代社会对数据的传输速率的要求越来越高，传统的光通信复用方式，如时分复用、频分复用、码分复用、密集波分复用等复用技术已经接近光纤容量极限。空分复用(SDM，Space-Division Multiplexing)作为一种新的光纤复用方式有望突破光纤信道容量极限。空分复用是利用空间相互正交的模式实现，这种模式包含轨道角动量复用(OAM，Orbital Angular Momentum)和圆柱矢量光束复用(CVBs，CylindricalVector Beams)。而圆柱矢量光束作为光纤的本征模，在光纤中具有传输稳定的特点，很适合在光纤中传输。它可以在不扩展系统带宽的前提下大幅度地提升光纤的信道容量。任意频率的电磁波且具有不同阶的圆柱矢量波束是电磁波在自由空间和圆柱形波导中传输的相互正交的本征模式集合。因此它们是彼此独立、可分离的，这一特性为空分复用应用于通信技术提供了一个新的方法。

圆柱矢量光束作为复用方式传送信息时，不同阶的圆柱矢量光束被用于不同的信道在传输信息。这些信道在空间上是交叠在一起的，因此在接收端就需要一种有效的方法将信息从不同的信道解调出来。由于圆柱矢量光束在各个方向的偏振态都不一样，因此在传输过程中也更稳定，但也更难解复用。目前在实验和工程应用中都缺乏有效的方法解调同轴圆柱矢量光束，目前常用的有两种方法：第一种方法是用同阶的涡旋波片还原。这种方法是将圆柱矢量光束垂直入射到同阶的涡旋波片再用透镜聚焦，被还原的阶数汇聚成实心点，没有被还原的还是环形的光斑。这种方法1次只能解调1个阶数的圆柱矢量光束，如果具有N阶的同轴圆柱矢量光束需要用分束镜N等分再逐一还原。我们可以看出这种方法N路信号就需要分成N等份再还原，需要的系统就十分庞大而且能量利用率也非常低。第二种方法是用达曼光栅还原。由于圆柱矢量光束可以分解成两个左旋圆偏振和右旋圆偏振的轨道角动量。因此可以用起偏器和1/4波片的组合滤掉左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光，再用达曼光栅解调。这种方法虽然可以一次性解复用同轴的圆柱矢量光束，但是由于起偏器和1/4波片已经滤掉一半的能量并且达曼光栅有多个衍射级次，因此这种方法效率非常低。并且这种方法已经滤掉了一部分圆偏振光了，并不是严格意义的圆柱矢量光束解复用。由此可见寻求一种高效的同轴CVB解复用方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种空分复用通信系统及解复用CVB信道的方法及系统，用于解决现有技术缺乏有效的方法解复用CVB信道的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种解复用圆柱矢量光束CVB信道的系统，所述解复用CVB信道的系统包括：光学几何器件和透镜组；

所述光学几何器件包括解包器和相位校正器，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述相位校正器位于所述第一透镜的焦点处；

所述解包器用于将具有N阶的同轴CVB展开形成两个圆弧形光斑，所述两个圆弧形光斑入射到第一透镜中；

所述第一透镜用于展开所述两个圆弧形光斑，使所述两个圆弧形光斑在所述第一透镜的焦点处展开成两个平行的弧形光斑；

所述相位校正器用于将所述两个平行的弧形光斑校正成两个矩形光斑，所述两个矩形光斑入射到所述第二透镜中；

所述第二透镜用于将所述两个矩形光斑聚焦汇聚成N条长条光斑。

本发明第二方面提供一种解复用CVB信道的方法，所述方法包括：

所述解包器将具有N阶的同轴CVB展开形成两个圆弧形光斑，所述两个圆弧形光斑入射到所述第一透镜中；

所述第一透镜展开所述两个圆弧形光斑，使所述两个圆弧形光斑在所述第一透镜的焦点处展开成两个平行的弧形光斑；

所述相位校正器将所述两个弧形光斑校正成两个矩形光斑，所述两个矩形光斑入射到所述第二透镜中；

所述第二透镜将所述两个矩形光斑聚焦汇聚成N条长条光斑。

本发明第三方面提供一种空分复用通信系统，所述CVB信道的系统包括：复用CVB信道的系统和本发明第一方面提供的解复用CVB信道的系统，所述复用CVB信道的系统包括：激光器、掺铒光纤放大器、N分光纤耦合器、旋涡片和分束镜；

所述激光器用于产生激光束；所述掺铒光纤放大器用于放大所述激光束；

所述N分光纤耦合器用于将放大后的激光束分成N路信号；

所述旋涡片用于分别将N路信号转换成N路CVB信道；

所述分束镜用于将所述N路CVB信道合成同轴CVB信道；

所述同轴CVB信道照射到所述解包器中。

从上述提供的技术方案可知，具有N阶的同轴CVB经解包器展开形成两个圆弧形光斑，再经第一透镜完全展开形成两个弧形光斑，两个弧形光斑经相位校正器校正形成两个矩形光斑，两个矩形光斑经过第二透镜聚焦汇聚成N条长条光斑，实现N个同轴CVB的解复用，一方面，该技术方案实现了同时解多个CVB信道的技术效果，解复用效率高；另一方面，该技术方案在检测过程中直接对N阶的同轴CVB解复用，无需将能量均分再分别检测，因此，具有较高的能量利用率，且N阶的同轴CVB解复用的结果为N条长条光斑，衍射级数与长条光斑的条数对应，相对于达曼光栅还原解复用，衍射级数次变少，最后获取的能量相对变强，大幅度地提高能量利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种解复用CVB信道的系统的结构示意图；

图2为同轴CVB的衍射图；

图3为1阶CVB的偏振分布图；

图4为1阶CVB加偏振片后的示意图；

图5为解包器的相干光干涉图；

图6为CVB经过解包器逐步展开的过程的示意图；

图7为1阶CVB经过解包器和第一透镜完全展开的示意图；

图8为相位校正器相干光干涉图；

图9为同轴CVB解复用结果图；

图10为本发明另一实施例提供的一种解复用CVB信道的方法的流程示意图；

图11为本发明另一实施例的提供的空分复用通信系统的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于现有技术中缺乏有效的方法解复用CVB信道，为了解决上述技术问题，本发明提出一种解复用CVB信道的系统。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种解复用CVB信道的系统的结构示意图，该解复用CVB信道的系统1包括：光学几何器件和透镜组，其中，光学几何器件包括解包器101和相位校正器102，透镜组包括第一透镜103和第二透镜104，相位校正器102位于第一透镜103的焦点处，解包器101用于将具有N阶的同轴CVB展开形成两个圆弧形光斑，两个圆弧形光斑入射到第一透镜103中，第一透镜103用于展开两个该圆弧形光斑，以使两个该圆弧形光斑在第一透镜103的焦点处展开成两个平行的弧形光斑，相位校正器102用于将平行两个弧形光斑校正成两个矩形光斑，该两个矩形光斑入射到第二透镜104中，第二透镜104用于将两个矩形光斑聚焦汇聚成N条长条光斑。

如图1所示，解包器101、第一透镜103、相位校正器102和第二透镜104依次放置，解包器101将N阶的同轴CVB展开形成的两个圆弧形光斑入射到第一透镜103中，第一透镜103将两个圆弧形光斑进一步展开，以在第一透镜103的焦点处完全展开形成两个平行的弧形光斑，相位校正器102位于第一透镜103的焦点处，因此可将两个平行的弧形光斑进行校正，校正成两个平行的矩形光斑，两个平行的矩形光斑入射到第二透镜104中，第二透镜104将该两个平行的矩形光斑聚焦汇聚成N条长条光斑，N条长条光斑相互平行。

从本发明提供的解复用圆柱矢量CVB信道的系统可知，第一方面，该系统实现了同时解多个CVB信道的技术效果，解复用效率高；第二方面，该系统在检测过程中直接对N阶的同轴CVB解复用，无需将能量均分再分别检测，因此，具有较高的能量利用率，且N阶的同轴CVB解复用的结果为N条长条光斑，衍射级数与长条光斑的条数对应，相对于达曼光栅还原解复用，衍射级数次变少，最后获取的能量相对变强，大幅度地提高能量利用率。

如图2所示，图2为同轴CVB的衍射图，CVB的远场衍射图样为多个同心环亮斑，同轴CVB由多个同心圆环叠展开而成，阶数越大圆环半径越大，同轴CVB的阶数可以为1阶也可以为多阶，具体地，如图3所示，图3为1阶CVB的偏振分布图，CVB的光强为环形分布，图中的箭头方向为各个点的偏振方向，对于不同阶的CVB偏振分布均是不一样的。

需要说明的是，当在CVB中加一个偏振片之后，会出现分瓣的现象，具体地，如图4所示，图4为1阶CVB加偏振片后的图，加偏振片之后的1阶CVB被分成两瓣，所分的瓣数是阶数的两倍且会随着偏振片一起转动，与偏振片同向转动的为负阶反之为正阶，因此也可以通过此方法区分CVB的阶数。

还需要说明，N个CVB信道分别对应N个不同阶的CVB，N个CVB信道在空间上交叠在一起，N个同心环组成的N个CVB信道照射在解包器101的光束即为N阶的同轴CVB。CVB为具有圆柱对称偏振分布的光束，CVB的奇点是由于偏振分布引起的，采用琼斯矩阵表示CVB具体式子如下：

其中，m表示圆柱矢量光束的阶数，m的取值范围为所有整数值，表示方位角，φ₀表示初始相位。用矩阵表示右旋圆偏振，表示左旋圆偏振，CVB包括两个拓扑荷相反的左旋圆偏振和右旋圆偏振的轨道角动量。

进一步地，解包器101具有切开环形CVB光斑的切口相位，该切口相位将环形的CVB光斑切开，环形分布的CVB展开形成弧形光斑，其中，切开CVB光斑的切口相位为图5中的解包器中间的直线，图5为解包器的相干光干涉图。

需要说明的是，解包器101将环形分布的CVB展开的过程是一个逐渐展开的过程。展开的过程如图6所示，图6为CVB经过解包器逐步展开的过程的示意图，CVB经解包器101展开，在第一透镜103的位置上最终展开形成圆弧形光斑，第一透镜103进一步将两个圆弧形光斑展开，在第一透镜103的焦点处形成两个平行的弧形光斑，解包器101和第一透镜103的配合操作将可将CVB充分展开形成两个平行的弧形光斑，以便后续可以得到长条形光斑。

进一步地，光学几何器件的材料均由各向异性的液晶材料制作而成，即解包器101和相位校正器102均由各向异性的液晶材料制作而成。因为液晶材料具有几何相位，解包器101由各向异性的液晶材料加工而成，解包器101也具有几何相位。液晶材料的几何相位采用琼斯矩阵表示具体如下：

其中，M表示液晶材料的几何作用，α为液晶材料取向的相位，根据(1)将CVB分成左旋圆偏振的轨道角动量和右旋圆偏振的轨道角动量，两个角动量的琼斯矩阵表达式为：

LCP和RCP分别表示左旋圆偏振的轨道角动量和右旋圆偏振的轨道角动量，m为CVB的阶数。

当CVB入射到解包器101时，左旋圆偏振、右旋圆偏振的轨道角动量与几何相位相互作用，具体可用下列式子表示：

M(x,y)E_LCP＝E₀M(x,y)[1；j]＝E₀e^j2α(x,y)[1；-j]＝e^j2α(x,y)E_RCP (5)

M(x,y)E_RCP＝E₀M(x,y)[1；-j]＝E₀e^-j2α(x,y)[1；j]＝e^-j2α(x,y)E_LCP (6)

其中，α为液晶材料取向的相位，左旋圆偏振光经过几何相位后变成右旋圆偏振光，右旋圆偏振光经过几何相位后变成左旋圆偏振光，该相互作用的结果中，相作用的相位是相反的，因此上下两部分的环形光斑展开的方向相反。

解包器101中液晶材料取向的相位具体值如下：

其中，α₁为解包器101中取向的相位，λ为波长，f为第一透镜103的焦距，a＝d/2π，d为CVB经过解包器101后展开的最大宽度，b的常数，具体值为2mm，CVB经过解包器101，CVB与解包器101的几何相位相互作用，解包器101将CVB展开，CVB展开形成的两个圆弧形光斑，两个圆弧形光斑经第一透镜103进一步展开，形成两个平行的弧形光斑。如图7所示，图7为1阶CVB经过解包器和第一透镜完全展开的图，两个该弧形光斑的相位相反，且上下两个弧形光斑也是相对称的。在本发明实施例中，上述参数的具体数值为：λ的值为1550nm，f的值为200mm，d的值为8mm。

进一步地，相位校正器102的上下两个部分为相对称的圆弧形状。如图8所示，图8为相位校正器相干光干涉图，相位校正器102具有上下对称的弧形相位，该弧形相位与CVB充分展开的弧形光斑相对应。相位校正器102将两个弧形光斑校正成矩形光斑，其中，相位校正器102的数学表达式为：

其中，α₂为相位校正器102取向的相位，相位校正器102与解包器101有相同的参数值。相同的参数值包括λ的值，f的值，a的值，b的值。

两个平行的弧形光斑经过相位校正器102，相位校正器102可以将两个平行的弧形光斑分别补偿成两个矩形光斑，两个矩形光斑经第二透镜104汇聚成长条形光斑。由于不同阶的CVB汇聚成长条光斑的梯度相位不一样，因此获取N个信道解复用之后形成的N条长条形光斑平行排开。

如图9所示，图9为同轴CVB解复用结果图，图中不同的信道被还原成长条光斑，且阶数越大偏离中心越远。

其中，条形光斑聚焦的位置由梯度相位决定，梯度相位的数学表达式为：

m为CVB的阶数，f₂为第二透镜104的焦距，t_m为梯度相位，阶数越大，梯度相位越大，形成的长条光斑的位置离中心位置越远，因此可通过长条形光斑的位置区分CVB阶数的大小。

需要说明的是，N个信道解复用之后形成的N条长条形光斑平行排开，对于任意一阶的CVB，对应一条长条形光斑，CVB衍射级数次数为1，每一个级次上有包含对应信道的所有能量，衍射级次数相对于达曼光栅还原解复用的衍射级次数变少，信道的能量利用率得到提高。

还需要说明的是，本申请还采用在器件表面镀增透膜的方法，减少对加工的器件的能量有吸收作用，提高能量利用率。

进一步地，解包器101和相位校正器102分别位于第一透镜103的物方焦点和像方焦点处，且相位校正器102位于第一透镜103与第二透镜104之间。

其中，解包器101和相位校正器102分别位于第一透镜103的物方焦点和像方焦点处可以使得N阶的同轴CVB展开充分，获取两个平行的弧形光斑，以便解复用之后形成的N条长条形光斑更好地平行排开。

需要说明的是，解包器101也可以位于第一透镜103的物方焦点处局部范围内，相位校正器102也位于第一透镜103的像方焦点处局部范围内，第二透镜104的位置不作限定。

从本实施例提供的解复用圆柱矢量CVB信道的系统可知，解复用圆柱矢量CVB信道的系统可实现多个信道的解复用，因此可拓展可利用的CVB信道的数量，在信号能量足够高的情况下可以实现高数量的CVB信道的并行低损检测。

请参阅图10，为本发明另一实施例提供的一种解复用CVB信道的方法的流程示意图，该方法应用于上一实施例提供的解复用CVB信道的系统1中，该方法包括：

步骤S1、解包器将具有N阶的同轴CVB展开形成两个圆弧形光斑，该两个圆弧形光斑入射到第一透镜中。

其中，如图2所示，图2为同轴CVB的衍射图，CVB的远场衍射图样为多个同心环亮斑，同轴CVB由多个同心圆环叠展开而成，阶数越大圆环半径越大，同轴CVB的阶数可以为1阶也可以为多阶，具体地，如图3所示，图3为1阶CVB的偏振分布图，CVB的光强为环形分布，图中的箭头方向为各个点的偏振方向，对于不同阶的CVB偏振分布均是不一样的。解包器可以将环形分布的CVB展开形成圆弧形光斑，后续经第一透镜充分展开成两个平行的弧形光斑。

需要说明的是，当在CVB中加一个偏振片之后，会出现分瓣的现象，具体地，如图4所示，图4为1阶CVB加偏振片后的示意图，加偏振片之后的1阶CVB被分成两瓣，所分的瓣数是阶数的两倍且会随着偏振片一起转动，与偏振片同向转动的为负阶反之为正阶，因此也可以通过此方法区分CVB的阶数。

步骤S2、第一透镜展开两个圆弧形光斑，使两个圆弧形光斑在第一透镜的焦点处展开形成两个平行的弧形光斑。

其中，第一透镜对没有完全展开的CVB进行进一步展开，在第一透镜的焦点处完全展开，形成两个平行的弧形光斑。其中，两个平行的光斑与光轴平行。

步骤S3、相位校正器将两个弧形光斑校正成两个矩形光斑，该两个矩形光斑入射到第二透镜中。

具体地，两个平行的弧形光斑经过相位校正器，相位校正器可以将两个平行的弧形光斑分别补偿成两个平行的矩形光斑，两个平行的矩形光斑入射到第二透镜中。

步骤S4、第二透镜将两个矩形光斑聚焦汇聚成N条长条光斑。

具体地，两个矩形光斑经第二透镜汇聚成长条形光斑。由于不同阶的CVB汇聚成长条光斑的梯度相位不一样，因此获取N个信道解复用之后形成的N条长条形光斑平行排开。其中，阶数越大，离中心位置越远，相位梯度越高，因此可通过长条形光斑的位置区分CVB阶数的大小。

从本发明提供的解复用圆柱矢量CVB信道的方法可知，第一方面，该方法实现了同时解多个CVB信道的技术效果，解复用效率高；第二方面，该方法在检测过程中直接对N阶的同轴CVB解复用，无需将能量均分再分别检测，因此，具有较高的能量利用率，且N阶的同轴CVB解复用的结果为N条长条光斑，衍射级数与长条光斑的条数对应，相对于达曼光栅还原解复用，衍射级数次变少，最后获取的能量相对变强，大幅度地提高能量利用率。

需要说明的是，N个CVB信道分别对应N个不同阶的CVB，N个CVB信道在空间上交叠在一起，N个同心环组成的N个CVB信道照射在解包器的光束即为N阶的同轴CVB。CVB为具有圆柱对称偏振分布的光束，CVB的奇点是由于偏振分布引起的，采用琼斯矩阵表示CVB具体式子如下：

其中，m表示圆柱矢量光束的阶数，m的取值范围为所有整数值，表示方位角，φ₀表示初始相位。用矩阵表示右旋圆偏振，表示左旋圆偏振，CVB包括两个拓扑荷相反的左旋圆偏振和右旋圆偏振的轨道角动量。

进一步地，解包器将环形的CVB展开前还包括的步骤为：解包器根据切口相位将环形CVB光斑切开一个切口，环形分布的CVB展开形成弧形光斑，其中，切开CVB光斑的切口相位为图5中的解包器中间的直线，图5为光学几何变换解包器的相干光干涉图。

需要说明的是，解包器将环形分布的CVB展开的过程是一个逐渐展开的过程。展开的过程如图6所示，图6为CVB经过解包器逐步展开的过程的示意图，CVB经解包器展开，在第一透镜的位置上最终展开形成圆弧形光斑，第一透镜进一步将两个圆弧形光斑展开，在第一透镜的焦点处形成两个平行的弧形光斑，解包器和第一透镜的配合操作将可将CVB充分展开形成两个平行的弧形光斑，以便后续可以得到长条形光斑。

进一步地，两个平行的弧形光斑展开的方式相反。解包器具有几何相位。其中，液晶材料的几何相位采用琼斯矩阵表示具体如下：

其中，M表示液晶材料的几何作用，α为液晶材料取向的相位，根据(1)将CVB分成左旋圆偏振的轨道角动量和右旋圆偏振的轨道角动量，两个角动量的琼斯矩阵表达式为：

LCP和RCP分别表示左旋圆偏振的轨道角动量和右旋圆偏振的轨道角动量，m为CVB的阶数。

当CVB入射到解包器时，左旋圆偏振、右旋圆偏振的轨道角动量与几何相位相互作用，具体可用下列式子表示：

M(x,y)E_LCP＝E₀M(x,y)[1；j]＝E₀e^j2α(x,y)[1；-j]＝e^j2α(x,y)E_RCP (5)

M(x,y)E_RCP＝E₀M(x,y)[1；-j]＝E₀e^-j2α(x,y)[1；j]＝e^-j2α(x,y)E_LCP (6)

其中，α为液晶材料取向的相位，左旋圆偏振光经过几何相位后变成右旋圆偏振光，右旋圆偏振光经过几何相位后变成左旋圆偏振光，该相互作用的结果中，相作用的相位是相反的，因此上下两部分的环形光斑展开的方向相反。

解包器中取向的相位具体值如下：

其中，α₁为解包器中取向的相位，λ为波长，f为第一透镜的焦距，a＝d/2π，d为CVB经过解包器后展开的最大宽度，b的常数，具体值为2mm，CVB经过解包器，CVB与解包器的几何相位相互作用，解包器将CVB展开，解包器展开形成的两个圆弧形光斑，两个圆弧形光斑经第一透镜进一步展开，形成两个平行的弧形光斑。如图7所示，图7为1阶CVB经过解包器和第一透镜完全展开的图，两个该弧形光斑的相位相反，且上下两个弧形光斑也是相对称的。在本发明实施例中，上述参数的具体数值为：λ的值为1550nm，f的值为200mm，d的值为8mm。

进一步地，如图8所示，图8为相位校正器相干光干涉图，相位校正器具有上下对称的圆弧形状，上下两部分呈弧形相位分布。相位校正器的上下两个部分的相位与平行弧形光斑上下的光斑的相位相反，且相位相差一个pi值。相位校正器将两个弧形光斑校正成矩形光斑，其中，相位校正器的数学表达式为：

其中，α₂为相位校正器取向的相位，相位校正器与解包器有相同的参数值。相同的参数值包括λ的值，f的值，a的值，b的值。

两个平行的弧形光斑经过相位校正器，相位校正器可以将两个平行的弧形光斑分别补偿成两个矩形光斑，两个矩形光斑经第二透镜汇聚成长条形光斑。由于不同阶的CVB汇聚成长条光斑的梯度相位不一样，因此获取N个信道解复用之后形成的N条长条形光斑平行排开。

进一步地，CVB阶数越大，CVB解复用形成的N条长条形光斑对应的光斑离中心越远。如图9所示，图9为同轴CVB解复用结果图，图中不同的信道被还原成长条光斑，且阶数越大偏离中心越远。

其中，条形光斑聚焦的位置由梯度相位决定，梯度相位的数学表达式为：

m为CVB的阶数，f₂为第二透镜的焦距，t_m为梯度相位，阶数越大，梯度相位越大，形成的长条光斑的位置离中心位置越远，因此可通过长条形光斑的位置区分CVB阶数的大小。

需要说明的是，N个信道解复用之后形成的N条长条形光斑平行排开，对于任意一阶的CVB，对应一条长条形光斑，CVB衍射级数次数为1，每一个级次上有包含对应信道的所有能量，衍射级次数相对于达曼光栅还原解复用的衍射级次数变少，信道的能量利用率得到提高。

还需要说明的是，本申请还采用在器件表面镀增透膜的方法，减少对加工的器件的能量有吸收作用，提高能量利用率。

从本实施例提供的解复用圆柱矢量CVB信道的方法可知，解复用圆柱矢量CVB信道的方法可实现多个信道的解复用，因此可拓展可利用的CVB信道的数量，在信号能量足够高的情况下可以实现高数量的CVB信道的并行低损检测。

请参阅图11，图11为本发明另一实施例的提供的空分复用通信系统的结构示意图，该空分复用通信系统结构包括：复用CVB信道的系统2和解复用CVB信道的系统1，其中，复用CVB信道的系统2包括：激光器201、掺铒光纤放大器202、N分光纤耦合器203、旋涡片204和分束镜205，其中，激光器201用于产生激光光束，掺铒光纤放大器202用于放大该激光束，N分光纤耦合器203用于将放大后的激光束分成N路信号，旋涡片204用于分别将N路信号转换成N路CVB信道，分束镜205用于将N路CVB信道合成同轴CVB信道，同轴CVB信道照射到解包器101中。解复用CVB信道的系统1如第一实施例所述的，包括光学几何器件和透镜组，其中，光学几何器件包括解包器101和相位校正器102，透镜组包括第一透镜103和第二透镜104。

具体地，如图7所示，复用CVB信道的系统2产生CVB的复用过程为，激光器201输出光信号经过掺铒光纤放大器202放大后经N分光纤耦合器203分成N路信号，N路信号经过不同长度的光纤传输一段距离后得到相关的N路信号再由光纤准直头输出经过旋涡片204产生CVB，N路CVB信道由分束镜205合成同轴CVB信道。再将N路同轴CVB信道对准解包器101，解包器101展开N路同轴CVB信道合成的同轴CVB，展开成平行的弧形光斑，从而相位校正器校正弧形光斑成矩形光斑，在进第二透镜104聚焦汇聚成长条形光斑。

从本发明实施例提供的空分复用通信系统可知，第一方面，该空分复用通信系统实现了复用和解复用的过程，完成了空分复用的通信方式；第二方面，该空分复用通信系统实现了同时解多个CVB信道的技术效果，解复用效率高；第三方面，该空分复用通信系统在检测过程中直接对N阶的同轴CVB解复用，无需将能量均分再分别检测，因此，具有较高的能量利用率，且N阶的同轴CVB解复用的结果为N条长条光斑，衍射级数与长条光斑的条数对应，相对于达曼光栅还原解复用，衍射级数次变少，最后获取的能量相对变强，大幅度地提高能量利用率。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种空分复用通信系统及解复用CVB信道的方法及系统的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种解复用圆柱矢量光束CVB信道的系统，其特征在于，所述解复用CVB信道的系统包括：光学几何器件和透镜组；

所述光学几何器件包括解包器和相位校正器，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述相位校正器位于所述第一透镜的焦点处；

所述解包器用于将具有N阶的同轴CVB展开形成两个圆弧形光斑，所述两个圆弧形光斑入射到第一透镜中；

所述第一透镜用于展开所述两个圆弧形光斑，使所述两个圆弧形光斑在所述第一透镜的焦点处展开成两个平行的弧形光斑；

所述相位校正器用于将所述两个平行的弧形光斑校正成两个矩形光斑，所述两个矩形光斑入射到所述第二透镜中；

所述第二透镜用于将所述两个矩形光斑聚焦汇聚成N条长条光斑。

2.根据权利要求1所述的解复用CVB信道的系统，其特征在于，所述相位校正器的上下两部分为相对称的圆弧状。

3.根据权利要求1所述的解复用CVB信道的系统，其特征在于，所述光学几何器件由各向异性的液晶材料制作而成。

4.根据权利要求1所述的解复用CVB信道的系统，其特征在于，所述解包器和所述相位校正器分别位于所述第一透镜的物方焦点处和像方焦点处，且所述相位校正器位于所述第一透镜与所述第二透镜之间。

5.根据权利要求1所述的解复用CVB信道的系统，其特征在于，所述解包器具有切开CVB光斑的相位。

6.一种解复用CVB信道的方法，所述方法应用于权利要求1至5任意一项所述的解复用CVB信道的系统中，其特征在于，所述方法包括：

所述解包器将具有N阶的同轴CVB展开形成两个圆弧形光斑，所述两个圆弧形光斑入射到所述第一透镜中；

所述第一透镜展开所述两个圆弧形光斑，使所述两个圆弧形光斑在所述第一透镜的焦点处展开成两个平行的弧形光斑；

所述相位校正器将所述两个弧形光斑校正成两个矩形光斑，所述两个矩形光斑入射到所述第二透镜中；

所述第二透镜将所述两个矩形光斑聚焦汇聚成N条长条光斑。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述两个平行的弧形光斑的展开的方式相反。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述两个平行的光斑与光轴平行。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CVB阶数越大，所述CVB解复用形成的N条的长条光斑对应的光斑离中心越远。

10.一种空分复用通信系统，其特征在于，所述空分复用通信系统包括：复用CVB信道的系统和如权利要求1至5任意一项所述解复用CVB信道的系统，所述复用CVB信道的系统包括：激光器、掺铒光纤放大器、N分光纤耦合器、旋涡片和分束镜；

所述激光器用于产生激光束；所述掺铒光纤放大器用于放大所述激光束；

所述N分光纤耦合器用于将放大后的激光束分成N路信号；

所述旋涡片用于分别将N路信号转换成N路CVB信道；

所述分束镜用于将所述N路CVB信道合成同轴CVB信道；

所述同轴CVB信道照射到所述解包器中。