CN110208907B - 轨道角动量光子灯笼制作方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种轨道角动量光子灯笼制作方法及装置，该方法包括：将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内，预设数量以及光纤的几何排布方式与主流光子灯笼设计保持一致；根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；其中，光纤的类别包括单模光纤，拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得光子灯笼产生线偏振LP模式，拉伸长度用于控制LP模式的相位差在π/2。由于无需同时选择性激励光子灯笼的两根单模光纤端口来产生目标模式，能够同时复用OAM±1模式，从而信道利用率较高。另外，无需引入额外器件实现OAM模式的复用，具有较强的实用性且使用过程简单。

Description

轨道角动量光子灯笼制作方法及装置
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种轨道角动量光子灯笼制作方法及装置。
背景技术
光束中除了存在自旋角动量，还携带有轨道角动量(Orbital Angular Momentum，简称OAM)。最初OAM被大量用于空间操作，后来引入到了光纤中，并且被证实可以在特殊光纤中稳定传输。由于模式之间存在正交性，OAM同样可以作为独立信道用在模分复用传输中以增加传输容量。为提供与现有电信、数据通信基础设施直接集成的能力，OAM模式下需同时具备复用与解复用的全光纤型方法。
光纤束型光子灯笼作为多模器件最初应用于天体光子学领域，随着空分复用技术的出现，目前已成为一种有效的模式复用、解复用器件，也是较受研究者青睐的模式转换和复用器件。相对于其它基于空间型或硅基光子型模式操作器件，光子灯笼不仅具有低损耗、超宽带的优点，而且是全光纤器件，可以和光通信系统完美兼容，制作难度低，可以在无附加损耗的基础上升级到较多的复用模式。目前的基于光子灯笼设计的OAM产生与复用方式有基于环形芯光子灯笼设计的OAM模式复用器，以及基于光子灯笼和模式偏振控制器级联的OAM模式复用器。
基于环形芯光子灯笼设计的OAM模式复用器由于必须同时选择性激励光子灯笼的两根单模光纤端口来产生目标模式，无法同时复用如OAM±1模式，从而信道利用率较低。而基于光子灯笼和模式偏振控制器级联的OAM模式复用器可以实现上述OAM模式的单端口激励复用，但级联的偏振控制器引入了不确定性和额外的复杂度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种OAM光子灯笼制作方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种OAM光子灯笼制作方法，包括：将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内，所述预设数量以及所述光纤的几何排布方式与主流光子灯笼设计保持一致；根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；其中，所述光纤的类别包括单模光纤，所述拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得所述光子灯笼产生线偏振(linear polarized，简称LP)模式，所述拉伸长度用于控制LP模式的相位差在π/2所述预设数量的光纤中具有直径相等且直径最小的两根光纤。
第二方面，本发明实施例提供一种OAM光子灯笼制作装置，包括：获取模块，用于将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内，所述预设数量以及所述光纤的几何排布方式与主流光子灯笼设计保持一致；处理模块，用于根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；其中，所述光纤的类别包括单模光纤，所述拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得所述光子灯笼产生LP模式，所述拉伸长度用于控制LP模式的相位差在π/2。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明第一方面OAM光子灯笼制作方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面OAM光子灯笼制作方法的步骤。
本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作方法及设装置，根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度实现，无需同时选择性激励光子灯笼的两根单模光纤端口来产生目标模式，能够同时复用OAM±1模式，从而信道利用率较高。另外，无需引入额外器件实现OAM模式的复用，具有较强的实用性且使用过程简单。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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OAM光子灯笼制作方法流程图；
图2为本发明实施例提供的OAM光子灯笼结构示意图；
图3为本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作方法的不同拉伸比例效果图；
图4为本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作方法的不同拉伸长度效果图；
图5为本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作装置结构图；
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
光子灯笼的实现是基于少模光纤的模式复用技术，以少模光纤中几个相互独立的正交模式作为独立的信道来成倍的提升光纤的通信容量。少模光纤与单模光纤相比，模场面积更大，因此非线性效应的容限也会相对提高。这样既提高了传输容量，又逼近了香农极限，从而极大的提升了整个光纤通信系统的通信容量。
本发明的目的在于提供一种能够和空分复用技术完全融合使用的新型全光纤型器件，实现OAM模式的产生与复用，可以较好的利用在多维复用光通信技术中，在后续使用中能够较大幅度的扩大光通信容量。
首先，本发明实施例提供一种OAM光子灯笼制作方法。该方法制作的光子灯笼，可应用于OAM模式的复用与解复用场景。图1为本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作方法流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种OAM光子灯笼制作方法，包括：
101，将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内，预设数量以及光纤的几何排布方式与主流光子灯笼设计保持一致。
在101中，上述的光纤类型包括单模光纤，现以单模光纤为例进行说明，先将预设数量的单模光纤放置于拉锥用的玻璃套管内，如毛细玻璃套管。单模光纤本身具有圆形包层，玻璃套管的折射率低于光纤的折射率和光纤包层的折射率。单模光纤的数量、以及在玻璃套管内的几何排布方式与目前用于OAM复用的主流光子灯笼保持一致。目前，主流的光子灯笼制作中，对每个光子灯笼而言，光纤数量取决于所需模式的数量，单模光纤最理想的数目和排布都是唯一确定的。无损光子灯笼设计的目标为单模光纤簇经过拉锥后，其最终尺寸需要与相熔接的少模光纤纤芯尺寸相近。本发明实施例中，与主流光子灯笼设计一致，光纤的预设数量可以为3、6、10或者15，以预设数量的单模光纤的总根数为6根为例，这6根单模光纤的固定排布的方式是将5根单模光纤排布呈五边形，将剩余的1根单模光纤排布处于五边形的中心。
102，根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；其中，拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得光子灯笼产生线偏振LP模式，拉伸长度用于控制线性偏振LP模式的相位差在π/2。
拉锥比例为拉锥前玻璃套管包层与拉锥后得到的少模光纤包层的比例，拉锥长度即为拉锥后的增加长度。多模选模光子灯笼将预设数量的单模光纤紧密对称的分布在折射率略低于光纤包层的玻璃套管里，然后对整个套管进行拉锥处理，拉锥过程中单模光纤纤芯直径逐渐减小，以至于激光大部分从纤芯泄漏到包层，纤芯与原有包层成为无效波导结构。同时，每根光纤的原有包层也和邻近光纤的原有包层进行熔合，逐渐形成新的导光纤芯，外层玻璃套管在拉锥的过程中变为新的包层，整体结构形成新的纤芯/包层波导。光子灯笼的拉锥末端同少模光纤相连接，实现了多个基模向高阶模的转换，达到模式复用的效果。
本发明实施例中为了实现OAM模式的复用，通过预设的拉伸比例进行绝热拉锥至预设拉伸长度来实现。光子灯笼的拉锥比例与拉锥后得到的少模光纤的归一化频率值相关，归一化频率的合理取值，能够使得拉锥后的光子灯笼产生LP模式。进行绝热拉锥，使得光子灯笼产生LP模式的拉锥比例确定后，存在一个适当的拉伸长度，能够使光纤中产生一对满足π/2相位差的LP简并模式，从而能够实现OAM模式的复用。随着拉伸比例开始逐渐变化到一定值，光纤输入的光信号产生的模式群由保持折射率简并逐渐到模式群打破简并，沿拉锥产生传播常数差和相位差。最终，在到达预设拉伸比例时，单模光纤端包层演变为新的少模光纤端纤芯，同时控制其拉伸长度能够使得LP模式的相位差终止变化保持为π/2。其中，预设的拉伸比例和预设的拉伸长度均可以通过实验获得。
本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作方法，根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度实现，无需同时选择性激励光子灯笼的两根单模光纤端口来产生目标模式，能够同时复用OAM±1模式，从而信道利用率较高。另外，无需引入额外器件实现OAM模式的复用，具有较强的实用性且使用过程简单。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度之前，还包括：根据仿真结果获得预设拉伸比例以及拉伸长度。为了准确方便的获得预设拉伸长度和预设拉伸比例，通过仿真实验来获取。仿真实验包括光束传播法(BPM)和有限元分析法(FEM)。通过仿真能够直观和方便的获取上述预设拉伸比例和预设拉伸长度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，预设数量为3根，光纤的排布方式为按照芯距成等边三角形排布；相应地，以使得所述光子灯笼产生线偏振LP模式，具体为以使得所述光子灯笼产生LP01模式以及LP11模式。光纤束型光子灯笼的拉锥需要满足绝热拉锥的条件，光子灯笼的模式数越多，相邻模式之间的传播常数差越小，模式之间越容易发生干扰，从而引起损耗。本发明实施例中选取3根光纤，光纤的纤芯按照芯距成等边三角形排布，从而降低串扰，较少损耗。3根光纤通过产生LP01模式以及LP11模式从而实现OAM0、OAM-1、OAM+1模式的复用。
以3根单模光纤为例，对本发明的方案进行具体说明。图2为本发明实施例提供的OAM光子灯笼结构示意图，如图2所示，一个优选的光纤束型三模选模OAM光子灯笼，由纤芯201、纤芯202及纤芯203组成。制作时先将三根单模光纤置入低折射率(如掺氟处理)的毛细玻璃套管中。图中所示未拉锥的单模端横截面可以视作由三根独立的单模纤芯、纤芯的圆形包层与玻璃套管构成。本发明实施例中，预设数量的光纤中具有直径相等且直径最小的两根光纤，实验证明这种排布方式有利于使拉锥后的光子灯笼产生LP模式。
在具体实施过程中，经数值仿真后得到的一个性能较佳的优选方案，纤芯201、202、203直径分别设计为11.0、6.55、6.55微米，光子灯笼的三个纤芯排布被设计为芯距42.0微米的等边三角形，该排布可通过在预设尺寸的玻璃套管中置入三根单模光纤实现。纤芯的包层直径设计为125微米，为匹配少模光纤的直径大小，将套管直径设计为1115微米，以使得拉锥后少模光纤的直径保持在125微米。纤芯、包层、套管在1550纳米工作波长下折射率分别为1.4482、1.444、1.4398。应当说明的是，上述设置的数值仅是举例，可以根据具体情况进行设置，如芯距为44.0微米，纤芯201、202、203直径分别设计为18.0、6.85、6.85微米，只是最终会导致拉伸比例不同，本发明实施例对各参数不作具体限定。
图3为本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作方法的不同拉伸比例效果图，如图3所示，(a)部分为11.0/6.55/6.55微米下FEM仿真模式折射率沿光子灯笼拉锥比例变化曲线，(c)部分为11.0/8.65/6.55微米下FEM仿真模式折射率沿光子灯笼拉锥比例变化曲线，(b)部分和(d)部分别为当纤芯203打光时，纤芯直径11.0/6.55/6.55微米与11.0/8.65/6.55微米下FEM/BPM仿真模斑沿拉锥比例不同的对比，其中，taper ratio为拉伸比例、Model index为折射率、taper length为拉伸长度。光子灯笼的绝热拉锥可以分为三个阶段，在起始区(图中starting area)，模式群保持其折射率简并；在决定区(图中DecidingArea)，二阶模式群打破简并，沿拉锥产生传播常数差和相位差。在终止区(图中EndingArea)，单模光纤端包层演变为新的少模光纤端纤芯，相位差终止变化，两个分离模式折射率曲线再起汇合，二阶模式群演变为新的LP11模式群。根据仿真优化选择，光子灯笼最终拉锥比设计为0.112，(b)部分和(d)展示了纤芯203打光时BPM与FEM仿真的二阶模斑(LP11)在不同拉锥比下的对比。对比清晰展现了当选择性对202或203打光时(两个单模光纤端口具有设计上的镜面对称性)，作为对应初始设计中归一化频率V值相对更低的两个端口，如BPM模斑所示的本地模式是由一对如FEM模斑所示的本征模式的叠加，最终形成OAM+1模式。纤芯11.0/8.65/6.55微米作为纤芯202、203不对称的对照仿真，展现出当对纤芯203打光时，两个二阶本地模式在拉锥终止区前都未相互交汇影响，并不能实现OAM的复用。最后，确定预设的拉锥比例为0.112。
在预设的拉锥比例确定后，需确定预设拉伸长度以实现OAM的复用。
图4为本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作方法的不同拉伸长度效果图。(a)部分为纤芯202打光时光子灯笼不同拉锥比下BPM仿真模式相关系数(correlationcoefficient)曲线；(b)、(c)、(d)部分为不同纤芯打光时光子灯笼在拉锥长度分别为2、2.65、3.3厘米下仿真模斑图。其中，Fiber 1为纤芯201、Fiber 2为纤芯202、Fiber 3为纤芯203。如图4所示，确定光子灯笼拉锥比0.112后，选择性对202或203打光时，光子灯笼中本地模式是一对相同拉锥比下的本征模式的叠加，这意味着相位差变化会导致模式叠加的变化。已知在光纤中一对满足π/2相位差的LP11简并模式可以叠加生成OAM±1模式，通过仿真可得到上述2、2.65、3.3厘米的长度值。通过仿真可知在拉锥长度为2厘米的仿真光子灯笼中，纤芯202打光输出对应OAM-1模式。同样的纤芯202打光输出在拉锥长度为2.65厘米下产生LP11a模式，在拉锥长度为3.3厘米下产生OAM+1模式。对于其它纤芯，在上述三个长度下，分别输出对应的OAM模式或LP模式。从而实现了OAM模式的复用。如图4所示，不同拉锥长度的光子灯笼在对纤芯202打光时，OAM±1模式BPM仿真相关系数呈现半周期为1.3厘米的周期性变化。因此，当控制LP11模式相位差在π/2时，我们可以设计出所需的OAM模式光子灯笼。
利用本发明实施例提供的方法设计出的OAM选模式光子灯笼的拉锥长度制作容差高于±0.5毫米，这个容差可以由常用光学拉锥实验平台如熔接机等控制。在容差范围内，一对少模端以复用、解复用形式相连的光子灯笼的损耗小于0.11dB，串扰低于-18dB。同时，光子灯笼可以在整个C波段与L波段的工作波长上低损耗、低串扰复用。
经实验仿真，OAM选模式光子灯笼拉锥长度设定为2厘米。当对纤芯201打光时，OAM0、OAM-1、OAM+1模式耦合效率分别为99.372％、0.306％、0.306％；当对纤芯202打光时，OAM0、OAM-1、OAM+1模式耦合效率分别为0.318％、99.665％、0.001％；当对纤芯203打光时，OAM0、OAM-1、OAM+1模式耦合效率分别为0.318％、0.001％、99.665％。在复用-解复用仿真实例中，一对光子灯笼间串扰低于-21dB，损耗低于0.06dB，即单支光子灯笼串扰优于-24dB，损耗低于0.03dB。
本发明实施例中通过将预设数量的光纤选取为3根，光纤的纤芯按照芯距成等边三角形排布，从而降低串扰，较少损耗，拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得所述光子灯笼产生LP01模式以及LP11模式，从而实现了OAM0、OAM-1、OAM+1模式的复用。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述预设数量的光纤为小包层光纤，例如小包层单模光纤，小包层光纤光纤能够大大降低绝热拉锥的条件要求，有助于OAM模式的低损耗产生与低串扰复用。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述预设数量的光纤的类型为多模光纤。光纤束型光子灯笼的拉锥需要满足绝热拉锥的条件，光子灯笼的模式数越多，就会出现相邻模式之间的传播常数差越小，模式之间越容易发生干扰，从而引起损耗。为了解决此问题，可以将单模光纤束改为多模光纤束，从而整个传播常数范围增大，模式数N相同的情况下相邻模式之间的传播常数差也会增大，从而拉锥过程中串扰减小。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述预设数量的光纤的类型为渐变折射率光纤。光子灯笼的模式数越多，需要的绝热拉锥长度越长，而且与模式数的平方成正比。当模式数较少时(N<3)，通过使用更先进的拉锥设备还能满足拉锥长度的需求，但是一旦模式数较多(N>6)，拉锥长度会变得特别长以至于除了拉丝塔，其他设备根本无法满足要求，并且加工出的器件很难实用化。为了解决此问题，可以使用渐变折射率光纤束。由于渐变折射率光纤在纤芯直径缩小的过程中模场变化会相对更慢一些，从而降低对拉锥长度的要求，同时还可以考虑腐蚀一部分包层使光纤外径变小，从而可以让模场变化相对更慢。
本发明实施例提供一种OAM光子灯笼，通过上述各方法实施例制得。根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度实现，使用时无需同时选择性激励光子灯笼的两根单模光纤端口来产生目标模式，能够同时复用OAM±1模式，从而信道利用率较高。另外，无需引入额外器件实现OAM模式的复用，具有较强的实用性且使用过程简单。通过该光子灯笼信号由多光纤端输入可实现OAM模式复用，通过在对称设置的另一OAM光子灯笼的多光纤端输出信号，可实现OAM的解复用。
图5为本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作装置结构图，如图5所示，该OAM光子灯笼制作装置包括：获取模块501和处理模块502。其中，获取模块501用于将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内，预设数量以及光纤的几何排布方式与主流光子灯笼设计保持一致；处理模块502用于根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；其中，光纤的类别包括单模光纤，拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得光子灯笼产生线偏振LP模式，预设拉伸长度用于控制线性偏振LP模式的相位差在π/2。
上述的光纤类型包括单模光纤，现以单模光纤为例进行说明，获取模块501先将预设数量的单模光纤放置于拉锥用的折射率略低于光纤包层的玻璃套管内，如毛细玻璃套管里。单模光纤具有圆形包层，单模光纤的数量、以及在玻璃套管内的几何排布方式与目前用于OAM复用的主流光子灯笼保持一致。
处理模块502对整个套管进行拉锥处理，拉锥过程中单模光纤纤芯直径逐渐减小，以至于激光大部分从纤芯泄漏到包层，纤芯与原有包层成为无效波导结构。同时，每根光纤的原有包层也和邻近光纤的原有包层进行熔合，逐渐形成新的导光纤芯，外层玻璃套管在拉锥的过程中变为新的包层，整体结构形成新的纤芯/包层波导。光子灯笼的拉锥末端同少模光纤相连接，实现了多个基模向高阶模的转换，达到模式复用的效果。
处理模块502通过预设的拉伸比例进行绝热拉锥至预设拉伸长度，使用拉锥后得到的少模光纤归一化频率合理取值(能够使得拉锥后的光子灯笼产生LP模式)的拉伸比例进行拉伸，在基于预设拉伸长度使光纤中产生一对满足π/2相位差的LP简并模式，从而制作出能够实现OAM模式复用的光子灯笼。预设的拉伸比例和拉伸长度均可以通过实验获得，可在该装置制作光子灯笼时输入对应的拉伸比例和拉伸长度。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的OAM光子灯笼制作装置，通过处理模块根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度实现，无需同时选择性激励光子灯笼的两根单模光纤端口来产生目标模式，能够同时复用OAM±1模式，从而信道利用率较高。另外，无需引入额外器件实现OAM模式的复用，具有较强的实用性且使用过程简单。
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过总线604完成相互间的通信。通信接口602可以用于电子设备的信息传输。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令，以执行包括如下的方法：将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内，预设数量以及光纤的几何排布方式与主流光子灯笼设计保持一致；根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；其中，光纤的类别包括单模光纤，拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得光子灯笼产生线偏振LP模式，拉伸长度用于控制LP模式的相位差在π/2。
此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明上述各方法实施例的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轨道角动量光子灯笼制作方法，其特征在于，包括：
将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内；
根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；
其中，所述光纤的类别包括单模光纤，所述拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得所述光子灯笼产生线偏振LP模式，所述拉伸长度用于控制LP模式的相位差在π/2。
2.根据权利要求1所述的轨道角动量光子灯笼制作方法，其特征在于，所述根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度之前，还包括：
根据仿真结果获得所述预设拉伸比例以及所述预设拉伸长度。
3.根据权利要求1所述的轨道角动量光子灯笼制作方法，其特征在于，所述预设数量为3根，所述光纤的纤芯按照芯距成等边三角形排布；
相应地，以使得所述光子灯笼产生线偏振LP模式，具体为，以使得所述光子灯笼产生LP01模式以及LP11模式。
4.根据权利要求1所述的轨道角动量光子灯笼制作方法，其特征在于，所述光纤为小包层光纤。
5.根据权利要求1所述的轨道角动量光子灯笼制作方法，其特征在于，所述光纤的类型为多模光纤。
6.根据权利要求1所述的轨道角动量光子灯笼制作方法，其特征在于，所述光纤的类型为渐变折射率光纤。
7.一种轨道角动量光子灯笼，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述的方法制得。
8.一种轨道角动量光子灯笼制作装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于将预设数量的光纤置于低折射率的玻璃套管内；
处理模块，用于根据预设拉伸比例对内置光纤的玻璃套管进行绝热拉锥至预设拉伸长度；
其中，所述光纤的类别包括单模光纤，所述拉伸比例用于控制拉锥后得到的少模光纤归一化频率取值，以使得所述光子灯笼产生线偏振LP模式，所述拉伸长度用于控制LP模式的相位差在π/2。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述轨道角动量光子灯笼制作方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述轨道角动量光子灯笼制作方法的步骤。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110732873B (zh) * 2019-10-23 2021-04-13 曾治民 一种灯笼自动化生产线
CN111555803B (zh) * 2020-05-22 2021-07-27 中天宽带技术有限公司 双向多芯光纤串扰计算方法、装置及计算机可读存储介质
EP3945351A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-02 AIP Leibniz-Institut für Astrophysik Apparatus for guiding light from an input side to an output side
CN112946820B (zh) * 2021-02-07 2022-03-18 中国人民解放军国防科技大学 三叉树形光子灯笼及其制备方法
CN113281845B (zh) * 2021-05-12 2022-10-11 天津大学 基于螺旋拉锥光纤束的oam光子灯笼及制作和应用
CN113880422A (zh) * 2021-10-12 2022-01-04 桂林电子科技大学 一种用于制备模分复用器的异质多芯光纤及其制备方法
CN115201965B (zh) * 2022-06-13 2024-04-09 云南民族大学 双波段模式复用光子灯笼器件及制作方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6946835B1 (en) * 2002-02-09 2005-09-20 Intematix Corporation Spatially resolved spin resonance detection
WO2013160902A1 (en) * 2012-04-25 2013-10-31 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. System and method for mode division multiplexing
WO2017207952A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 University Of Southampton Fused fibre couplers, and apparatuses and methods for the manufacture and use thereof
CN107490434A (zh) * 2017-07-24 2017-12-19 南开大学 一种多模光脉冲簇时空光谱信息高速测量的方法及装置
CN107843954A (zh) * 2017-11-29 2018-03-27 哈尔滨工程大学 一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼
CN108627914A (zh) * 2018-04-18 2018-10-09 华南理工大学 一种支持稳定传输的光纤轨道角动量模式产生器
CN108761651A (zh) * 2018-08-23 2018-11-06 北京邮电大学 Oam模式复用器件、制造方法及复用方法
CN109116471A (zh) * 2018-07-13 2019-01-01 上海大学 一种涡旋光束模式转换耦合器及其制作方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI1009615A2 (pt) * 2009-06-19 2016-03-22 Koninkl Philips Electronics Nv sistema de exame de ressonância magnética
CN104065418B (zh) * 2014-06-05 2016-06-29 华中科技大学 一种集成轨道角动量模式发射器
CN105509878B (zh) * 2015-12-02 2017-07-28 北京理工大学 一种测量光束轨道角动量谱的装置与系统
CN106772786B (zh) * 2017-01-17 2019-11-26 烽火通信科技股份有限公司 一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤
CN109445019B (zh) * 2018-11-02 2020-10-09 北京大学 一种矩形纤芯结构光纤

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6946835B1 (en) * 2002-02-09 2005-09-20 Intematix Corporation Spatially resolved spin resonance detection
WO2013160902A1 (en) * 2012-04-25 2013-10-31 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. System and method for mode division multiplexing
WO2017207952A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 University Of Southampton Fused fibre couplers, and apparatuses and methods for the manufacture and use thereof
CN107490434A (zh) * 2017-07-24 2017-12-19 南开大学 一种多模光脉冲簇时空光谱信息高速测量的方法及装置
CN107843954A (zh) * 2017-11-29 2018-03-27 哈尔滨工程大学 一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼
CN108627914A (zh) * 2018-04-18 2018-10-09 华南理工大学 一种支持稳定传输的光纤轨道角动量模式产生器
CN109116471A (zh) * 2018-07-13 2019-01-01 上海大学 一种涡旋光束模式转换耦合器及其制作方法
CN108761651A (zh) * 2018-08-23 2018-11-06 北京邮电大学 Oam模式复用器件、制造方法及复用方法

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
All-fiber orbital angular momentum mode generation and transmission system;Xiaobo Heng等;《Optics Communications》;20171130;第180–184页 *
All-fiber orbital angular momentum mode multiplexer based on a mode-selective photonic lantern and a mode polarization controller;Xinglin Zeng等;《optics letters》;20181001;第43卷(第19期);第4779–4782页 *
Controllable all-fiber orbital angular momentum mode converter;SHUHUI LI等;《Optics Letters》;20150915;第40卷(第18期);第4376-4379页 *
Design of highly mode group selective photonic lanterns with geometric optimization;LI SHEN等;《Applied Optics》;20180820;第57卷(第24期);第7065-7069页 *
Generation of Orbital Angular Momentum Modes Using Fiber Systems;Hongwei Zhang等;《applied sciences》;20190312;第1-25页 *
Geometric requirements for photonic lanterns in space division multiplexing;Nicolas K. Fontaine等;《OPTICS EXPRESS》;20121119;第20卷(第24期);第27123-27132页 *
Mode division multiplexing using an orbital angular momentum mode sorter and MIMO-DSP over a graded-index few-mode optical fibre;Hao Huang等;《nature》;20151009;第1-7页 *
Photonic lantern broadband orbital angular momentum mode multiplexer;Z.S. Eznaveh等;《optics express》;20181112;第26卷(第23期);第30042-30051页 *

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