CN111090148A - 一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法 - Google Patents

一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光通信技术领域，公开了一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法，对于多芯光纤每个纤芯所出射的光束，分别利用制作在基底两侧上的超表面透镜进行转向和聚焦，耦合至多个单芯光纤，实现多芯光纤的解复用功能；将上述过程可逆，实现复用功能。本发明解决了现有技术中空分复用/解复用的成本较高、体积较大的问题，具有结构紧凑、成本低、适用于多种偏振光的优点。

Description

一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法。
背景技术
面对即将到来的光纤传输容量危机，采用多芯光纤进行信号传输的空分复用技术成为研究的热点。空分复用/解复用器是多芯光纤空分复用技术中关键的光学器件，其作用是将单芯光纤中的光信号耦合到多芯光纤的各个纤芯中，以及经过传输之后将多芯光纤中的信号空分解复用至相应的单芯光纤中。
目前已有的空分复用/解复用方法有熔融拉锥法、透镜耦合法、光纤束方法和聚合物波导耦合方法。其中，熔融拉锥法、光纤束方法和聚合物波导耦合方法不够成熟且成本较高，而传统的透镜耦合方法需要用到多个光纤准直器，不易对准且体积庞大，不适应于光电子器件的集成化趋势。
发明内容
本申请实施例通过提供一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法，解决了现有技术中空分复用/解复用的成本较高、体积较大的问题。
本申请实施例提供一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，包括：基底、第一超表面透镜阵列、第二超表面透镜阵列；
所述第一超表面透镜阵列位于所述基底的第一侧面，所述第二超表面透镜阵列位于所述基底的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面平行；
所述第一超表面透镜阵列包括第一数量的超表面透镜，所述第二超表面透镜阵列包括第二数量的超表面透镜，所述第一数量、所述第二数量均与多芯光纤的纤芯数相同，多芯光纤的纤芯数与单芯光纤的数量相同；
所述超表面透镜具有相位调制功能；
所述第一超表面透镜阵列用于对来自多芯光纤的不同纤芯的出射光束进行转向，所述第二超表面透镜阵列用于将光束聚焦耦合至不同的单芯光纤，实现空分解复用功能；
所述第二超表面透镜阵列用于对来自不同的单芯光纤的出射光束进行转向，所述第一超表面透镜阵列用于将光束聚焦耦合至多芯光纤的不同纤芯，实现空分复用功能。
优选的，所述超表面透镜由纳米柱阵列构成，所述纳米柱阵列中的纳米柱的高度相同，相邻纳米柱的中心间隔相同，所述纳米柱为亚波长尺寸。
优选的，通过改变所述纳米柱的直径调节透射光相对相位。
优选的，以垂直多芯光纤中心的直线为Z轴，以光轴与超表面透镜阵列的交点为原点，以平行于基底且向上为Y轴建立空间直角坐标系；对于任一超表面透镜，设其中心坐标为(x0,y0,z0)，纳米柱所在位置坐标为(x,y,z)，纳米柱的相位Φ由下式决定：
Figure BDA0002306032550000021
其中，λ为光波长，f为超表面透镜的焦距，θ为超表面透镜的闪耀方向与Z轴的夹角，α为闪耀方向在XOY面的投影与Y轴正方向的夹角。
优选的，多芯光纤的纤芯直径为Rx，出射光波长为λ，多芯光纤的相邻纤芯的间距为S1，多芯光纤中单个纤芯的出射光束近似为高斯光束，高斯光束初始束腰半径w0＝Rx，高斯光束初始共焦参数
Figure BDA0002306032550000022
多芯光纤的出射端面与所述第一超表面透镜阵列的距离为L1，初始高斯光束在所述第一超表面透镜阵列上的光斑半径
Figure BDA0002306032550000023
满足以下条件：wd1≤S1。
优选的，所述基底的厚度为L2，多个单芯光纤中相邻纤芯的间距为R3，满足以下条件：L2tanθ＝R3。
优选的，所述第一超表面透镜阵列中的超表面透镜的焦距为f1-1；光束经所述第一超表面透镜阵列中的超表面透镜变换后的束腰半径
Figure BDA0002306032550000031
变换后的共焦参数
Figure BDA0002306032550000032
经所述第一超表面透镜阵列变换后的束腰与所述第一超表面透镜阵列的距离
Figure BDA0002306032550000033
经所述第一超表面透镜阵列变换后的束腰与所述第二超表面透镜阵列的距离d3＝L2-d2，所述第二超表面透镜阵列中的超表面透镜的半径
Figure BDA0002306032550000034
满足以下条件：R3＞R2。
优选的，所述基底的折射率为n，单芯光纤的出射端面与所述第二超表面透镜阵列的距离为L3，所述第二超表面透镜阵列中的超表面透镜的焦距为f2-1，光束经所述第二超表面透镜阵列变换后的束腰与所述第二超表面透镜阵列的距离
Figure BDA0002306032550000035
经所述第二超表面透镜阵列变换后的束腰半径
Figure BDA0002306032550000036
优选的，所述基底采用熔融石英基底，所述纳米柱采用硅材料制成，所述纳米柱为圆柱体。
另一方面，本申请实施例提供一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用方法，采用上述基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，将多芯光纤置于靠近第一超表面透镜阵列的一侧，将多个单芯光纤置于靠近第二超表面透镜阵列的一侧；
实现空分解复用功能时，通过所述第一超表面透镜阵列中不同的超表面透镜分别接收来自多芯光纤的不同纤芯的出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第二超表面透镜阵列后，再经所述第二超表面透镜阵列的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入不同的单芯光纤；
实现空分复用功能时，通过所述第二超表面透镜阵列中不同的超表面透镜分别接收来自不同的单芯光纤的出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第一超表面透镜阵列后，再经所述第一超表面透镜阵列的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入多芯光纤的不同纤芯。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，对于多芯光纤每个纤芯所出射的光束，均分别利用制作在基底两侧上的超表面透镜进行转向和聚焦，耦合入多个单芯光纤中，实现多芯光纤的解复用功能。上述过程完全可逆，因此可完成多芯光纤的复用/解复用功能。本发明舍弃了传统的透镜和光纤准直器，具有结构紧凑、成本低、适用于多种偏振光等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用方法的原理图；
图2为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置中多芯光纤横截面纤芯排布图；
图4为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置中多个单芯光纤端面分布图；
图5为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置中第一超表面透镜阵列的排布示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置中第二超表面透镜阵列的排布示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置中超表面材料单元结构图；
图8为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置中纳米柱半径与相位调制量的关系图；
图9为本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置中纳米柱半径与透射效率的关系图。
其中，1-多芯光纤、2-多芯光纤纤芯、3-第一超表面透镜阵列、4-基底、5-第二超表面透镜阵列、6-单芯光纤纤芯、7-单芯光纤、8-多芯光纤包层、9-多芯光纤涂覆层、10-单芯光纤包层、11-纳米柱。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实施例提供了一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，参看图1、图2，包括：基底4、第一超表面透镜阵列3、第二超表面透镜阵列5。
所述第一超表面透镜阵列3位于所述基底4的第一侧面，所述第二超表面透镜阵列5位于所述基底4的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面平行。
超表面透镜阵列(包括所述第一超表面透镜阵列3、所述第二超表面透镜阵列5)由多个制作在所述基底4上的超表面透镜组成；所述超表面透镜由纳米柱阵列构成；所述纳米柱11为亚波长尺寸，用于调控所在位置处的透射光波相位。
所述纳米柱阵列中各纳米柱11的高度相同，各相邻纳米柱中心间隔相同，所述纳米柱11的直径不同，通过改变所述纳米柱11的直径，可使透射光相对相位在0到2π连续变化。
一种具体的结构中，所述纳米柱11使用硅材料，形状为圆柱体。所述基底4采用熔融石英基底。
所述超表面透镜通过纳米柱逐点的相位调控，实现闪耀光栅和传统透镜功能的叠加，可视为离轴透镜。
所述第一超表面透镜阵列3所包含的超表面透镜的数量、所述第二超表面透镜阵列5所包含的超表面透镜的数量、单芯光纤7的数量均与多芯光纤1的纤芯数量相同，且一一对应。
为了便于理解，图1中还标示出多芯光纤纤芯2、单芯光纤纤芯6。
使用时，将多芯光纤1置于靠近所述第一超表面透镜阵列3的一侧，将多个单芯光纤7置于靠近所述第二超表面透镜阵列5的一侧。即多芯光纤1和单芯光纤7分别置于所述基底4相对的两侧，所述第一超表面透镜阵列3位于所述基底4靠近多芯光纤1的一侧，所述第二超表面透镜阵列5位于所述基底4靠近单芯光纤7的一侧。
实现空分解复用功能时，所述第一超表面透镜阵列3中各超表面透镜分别接收来自多芯光纤1不同纤芯的所出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第二超表面透镜阵列5后，再经所述第二超表面透镜阵列5的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入不同的单芯光纤7。
实现空分复用功能时，所述第二超表面透镜阵列5的各超表面透镜分别接收来自不同单芯光纤7所出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第一超表面透镜阵列3后，再经所述第一超表面透镜阵列3的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入多芯光纤1的不同纤芯。
综上，本发明提供的装置可以实现多芯光纤与单芯光纤复用/解复用功能。
所述超表面透镜中的纳米柱11用于调节该点的位相，通过改变纳米柱11直径，可使透射光相对相位在0到2π连续变化；以垂直多芯光纤1中心的直线为Z轴，以光轴与超表面透镜阵列的交点为原点，以平行于基底且向上为Y轴建立空间直角坐标系；对于任一超表面透镜，设其中心坐标为(x0,y0,z0)，纳米柱11所在位置坐标为(x,y,z)，则纳米柱11的相位Φ设计公式如下：
Figure BDA0002306032550000071
式中，λ为光波长，f为超表面透镜的焦距，θ为超表面透镜的闪耀方向与Z轴夹角，α为闪耀方向在XOY面的投影与Y轴正方向的夹角。
对于多芯光纤中每个纤芯所出射光束，记其在所述第一超表面透镜阵列3中的所对应的的超表面透镜为第一超表面透镜，在所述第二超表面表面阵列5中的所对应的的超表面透镜为第二超表面透镜。
多芯光纤1中单个纤芯出射光束可近似为高斯光束，记多芯光纤纤芯2直径为Rx，出射光波长为λ，所述基底4的折射率为n，多芯光纤1的出射端面与所述第一超表面透镜阵列3的距离为L1，所述基底4的厚度为L2，单芯光纤7的出射端面与所述第二超表面透镜阵列5的距离为L3，所述第一超表面透镜的焦距为f1-1,所述第二超表面透镜的焦距为f2-1，则有高斯光束初始束腰半径w0＝Rx，高斯光束初始共焦参数
Figure BDA0002306032550000072
经所述第一超表面透镜(焦距为f1-1)变换后的束腰半径
Figure BDA0002306032550000073
变换后的共焦参数
Figure BDA0002306032550000074
经所述第一超表面透镜变换后的束腰与所述第一超表面透镜的距离
Figure BDA0002306032550000081
与所述第二超表面透镜的距离d3＝L2-d2，经所述第二超表面透镜变换后的束腰与所述第二超表面透镜的距离
Figure BDA0002306032550000082
经所述第二超表面透镜变换后的束腰半径
Figure BDA0002306032550000083
记多芯光纤1相邻纤芯间距为S1，初始高斯光束在所述第一超表面透镜表面的光斑半径
Figure BDA0002306032550000084
应满足wd1≤S1。
闪耀光栅闪耀角θ的大小取决于所述基底的厚度与单芯光纤相邻纤芯间距R3，满足：L2tanθ＝R3。
单芯光纤7相邻纤芯间距R3应大于所述第二超表面透镜的半径R2，其中，
Figure BDA0002306032550000085
以七芯光纤为例，即使用的多芯光纤1包括七芯，每芯(多芯光纤纤芯2)的直径Rx＝9μm，相邻纤芯间距S1＝35μm，多芯光纤1的出入射端面与所述第一超表面透镜3的距离L1＝80μm，如图1所示；多芯光纤的横截面纤芯排布如图3所示。图3中还标示出多芯光纤包层8、多芯光纤涂覆层9。
单芯光纤7的数目与多芯光纤的纤芯数目相同，单芯光纤纤芯6的直径R4＝9μm；单芯光纤包层10的直径R3＝535μm，等于相邻纤芯间距；单芯光纤7的出入射端面与所述第二超表面透镜阵列5的距离L3＝1327μm，如图1所示；多个单芯光纤的端面分布如图4所示。
本实施例中设计波长λ＝1550nm，所用熔融石英基底的折射率n＝1.444，所述基底4的长度L2＝1600μm，所述基底4的宽度与高度相同，均为1200μm。
所述第一超表面透镜阵列3中的每个超表面透镜的直径R1＝25μm，相邻超表面透镜的中心间距为35μm，等于多芯光纤的纤芯间距，如图5所示。位于最中心的超表面透镜不带闪耀光栅功能，其焦距为50μm；其余的超表面透镜的闪耀方向在XOY面的投影与Y轴正方向的夹角α各有不同，焦距f1-1＝51.0μm，闪耀方向与Z轴夹角θ＝0.245rad。
所述第二超表面透镜阵列5中的每个超表面透镜直径R2＝490μm，相邻超表面透镜的中心间距为535μm，如图6所示。位于最中心的超表面透镜不带闪耀光栅功能，其焦距为658.7μm；其余的超表面透镜的闪耀方向在XOY面的投影与Y轴正方向的夹角α各有不同，焦距f2-1＝669.3μm，闪耀角θ＝0.245rad。
针对设计主波长，采用电磁仿真软件Comsol对超表面单元结构参数进行仿真，仿真以圆偏光垂直入射、以透射的圆偏光的相位及效率作为优化对象。扫描超表面单元结构的长宽尺寸CS(即一个纳米柱11对应的基底单元的长宽尺寸)、纳米柱11的高度H、纳米柱11的半径r，以期获得最佳参数。超表面单元结构如图7所示。要求在同一个CS和H参数下，变化纳米柱11的半径r能使得透射光相位相位差在0到2π之间连续变化，且保持透射效率较高、保持一致。经优化计算，得到优化参数为：CS＝650nm，H＝750nm，r在40nm到260nm之间变化，相对相位差变化范围0到2π，透射效率均保持在85％以上。其中，纳米柱11的半径与相位调制量关系图如图8所示，纳米柱11的半径与透射效率关系图如图9所示。
以垂直多芯光纤中心的直线为Z轴，以光轴与超表面透镜阵列的交点为原点，以平行于基底且向上为Y轴建立空间直角坐标系；对于任一超表面透镜，设其中心坐标为(x0,y0,z0)，焦距为f，纳米柱所在位置坐标为(x,y,z)，则纳米柱相位Φ设计公式如下：
Figure BDA0002306032550000091
根据计算所得的纳米柱11的相位分布，即可从图8中选取合适的纳米柱直径，得到所述第一超表面透镜阵列3和所述第二超表面透镜阵列5的具体分布。
采用上述基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，本发明还提供一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用方法，应用此方法时，将多芯光纤置于靠近第一超表面透镜阵列的一侧，将多个单芯光纤置于靠近第二超表面透镜阵列的一侧。
实现空分解复用功能时，通过所述第一超表面透镜阵列中不同的超表面透镜分别接收来自多芯光纤的不同纤芯的出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第二超表面透镜阵列后，再经所述第二超表面透镜阵列的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入不同的单芯光纤。
实现空分复用功能时，通过所述第二超表面透镜阵列中不同的超表面透镜分别接收来自不同的单芯光纤的出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第一超表面透镜阵列后，再经所述第一超表面透镜阵列的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入多芯光纤的不同纤芯。
综上，本发明对于每一个多芯光纤所出射光束，均分别利用制作在熔融石英基底两侧上的超表面透镜进行转向和聚焦，耦合入另一侧的单芯光纤阵列，实现多芯光纤的解复用功能。上述过程完全可逆，因此本发明提供的技术方法可完成多芯光纤的复用/解复用功能，且具有结构非常紧凑、成本低、适用于多种偏振光等优点。
本发明实施例提供的一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法至少包括如下技术效果：
(1)舍弃了传统的透镜和光纤准直器，本发明提供的装置体积小、重量轻、结构非常紧凑，实施例中所设计空分复用/解复用器大小仅为1.2*1.2*1.6mm3，适应于多芯光纤集成化趋势。
(2)对于任意纤芯数目的多芯光纤，均可轻松设计出合适的超表面透镜阵列，易于拓展。
(3)超表面透镜的加工仅需一次光刻，工艺简单，制作成本低。
(4)所采用的超表面单元结构纳米柱是圆对称的，对入射光偏振状态不敏感。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，包括：基底、第一超表面透镜阵列、第二超表面透镜阵列；
所述第一超表面透镜阵列位于所述基底的第一侧面，所述第二超表面透镜阵列位于所述基底的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面平行；
所述第一超表面透镜阵列包括第一数量的超表面透镜，所述第二超表面透镜阵列包括第二数量的超表面透镜，所述第一数量、所述第二数量均与多芯光纤的纤芯数相同，多芯光纤的纤芯数与单芯光纤的数量相同；
所述超表面透镜具有相位调制功能；
所述第一超表面透镜阵列用于对来自多芯光纤的不同纤芯的出射光束进行转向，所述第二超表面透镜阵列用于将光束聚焦耦合至不同的单芯光纤，实现空分解复用功能；
所述第二超表面透镜阵列用于对来自不同的单芯光纤的出射光束进行转向，所述第一超表面透镜阵列用于将光束聚焦耦合至多芯光纤的不同纤芯，实现空分复用功能。
2.根据权利要求1所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，所述超表面透镜由纳米柱阵列构成，所述纳米柱阵列中的纳米柱的高度相同，相邻纳米柱的中心间隔相同，所述纳米柱为亚波长尺寸。
3.根据权利要求2所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，通过改变所述纳米柱的直径调节透射光相对相位。
4.根据权利要求3所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，以垂直多芯光纤中心的直线为Z轴，以光轴与超表面透镜阵列的交点为原点，以平行于基底且向上为Y轴建立空间直角坐标系；对于任一超表面透镜，设其中心坐标为(x0,y0,z0)，纳米柱所在位置坐标为(x,y,z)，纳米柱的相位Φ由下式决定：
Figure FDA0002306032540000011
其中，λ为光波长，f为超表面透镜的焦距，θ为超表面透镜的闪耀方向与Z轴的夹角，α为闪耀方向在XOY面的投影与Y轴正方向的夹角。
5.根据权利要求4所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，多芯光纤的纤芯直径为Rx，出射光波长为λ，多芯光纤的相邻纤芯的间距为S1，多芯光纤中单个纤芯的出射光束近似为高斯光束，高斯光束初始束腰半径w0＝Rx，高斯光束初始共焦参数
Figure FDA0002306032540000021
多芯光纤的出射端面与所述第一超表面透镜阵列的距离为L1，初始高斯光束在所述第一超表面透镜阵列上的光斑半径
Figure FDA0002306032540000022
满足以下条件：wd1≤S1。
6.根据权利要求5所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，所述基底的厚度为L2，多个单芯光纤中相邻纤芯的间距为R3，满足以下条件：L2tanθ＝R3。
7.根据权利要求6所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，所述第一超表面透镜阵列中的超表面透镜的焦距为f1-1；光束经所述第一超表面透镜阵列中的超表面透镜变换后的束腰半径
Figure FDA0002306032540000023
变换后的共焦参数
Figure FDA0002306032540000024
经所述第一超表面透镜阵列变换后的束腰与所述第一超表面透镜阵列的距离
Figure FDA0002306032540000025
经所述第一超表面透镜阵列变换后的束腰与所述第二超表面透镜阵列的距离d3＝L2-d2，所述第二超表面透镜阵列中的超表面透镜的半径
Figure FDA0002306032540000026
满足以下条件：R3＞R2。
8.根据权利要求7所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，所述基底的折射率为n，单芯光纤的出射端面与所述第二超表面透镜阵列的距离为L3，所述第二超表面透镜阵列中的超表面透镜的焦距为f2-1，光束经所述第二超表面透镜阵列变换后的束腰与所述第二超表面透镜阵列的距离
Figure FDA0002306032540000031
经所述第二超表面透镜阵列变换后的束腰半径
Figure FDA0002306032540000032
9.根据权利要求2所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，其特征在于，所述基底采用熔融石英基底，所述纳米柱采用硅材料制成，所述纳米柱为圆柱体。
10.一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用方法，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一所述的基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置，将多芯光纤置于靠近第一超表面透镜阵列的一侧，将多个单芯光纤置于靠近第二超表面透镜阵列的一侧；
实现空分解复用功能时，通过所述第一超表面透镜阵列中不同的超表面透镜分别接收来自多芯光纤的不同纤芯的出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第二超表面透镜阵列后，再经所述第二超表面透镜阵列的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入不同的单芯光纤；
实现空分复用功能时，通过所述第二超表面透镜阵列中不同的超表面透镜分别接收来自不同的单芯光纤的出射光束，通过闪耀功能改变各光束主光线传播方向，通过聚焦功能约束各光束发散角；各光束独立传播至所述第一超表面透镜阵列后，再经所述第一超表面透镜阵列的超表面透镜修改传播方向，并聚焦耦合入多芯光纤的不同纤芯。
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