CN111181639A - 一种涡旋光束信息交换方法 - Google Patents

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柯熙政
陈生涛
吴加丽
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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Abstract

本发明公开了涡旋光束信息交换的方法，激光器发射光束射入分束镜a；分束镜a透射的光束射入空间光调制器c；空间光调制器c反射的光束沿上述光路返回，射入分束镜a；分束镜a反射的光束射入分束镜b；分束镜b将光束分为两束，分别射入空间光调制器a、空间光调制器b；空间光调制器a、空间光调制器b反射的光束沿上述光路返回合束，射入分束镜a；分束镜a反射及折射的三束光束射入空间光调制器d；空间光调制器d反射的光束射入空间光调制器e；空间光调制器e反射的光束射入空间光调制器f。本发明涡旋光束信息交换的方法，信息交换灵活高效。

Description

一种涡旋光束信息交换方法
技术领域
本发明属于无线激光通信技术领域，具体具体涉及一种涡旋光束信息交换的方法。
背景技术
涡旋光束是一种包含独特螺旋相位因子exp(ilφ)和新颖拓扑特性的特殊光场，具有全新的自由度——轨道角动量(OAM)。OAM本征值为
Figure BDA0002357051840000011
且理论上拓扑荷l可取任意整数，这为光学涡旋在光通信中的各种应用提供基础。
由于涡旋光束包含任意取值的拓扑荷数，所以利用此特性进行承载数据信息的OAM信息交换，可以增加通信链路中数据处理和管理的灵活性，进而可以为多用户应用提供动态和高效的通信网络。
随着涡旋光束独有的特性为光通信系统的性能改善提供巨大的潜力，如何进行灵活的OAM信息交换逐渐成为该领域关注的热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡旋光束信息交换的方法，信息交换灵活高效。
本发明所采用的技术方案是，一种涡旋光束信息交换的方法，激光器发射光束射入分束镜a；分束镜a透射的光束射入空间光调制器c；空间光调制器c反射的光束沿上述光路返回，射入分束镜a；
分束镜a反射的光束射入分束镜b；分束镜b将光束分为两束，分别射入空间光调制器a、空间光调制器b；空间光调制器a、空间光调制器b反射的光束沿上述光路返回合束，射入分束镜a；
分束镜a反射及折射的三束光束射入空间光调制器d；空间光调制器d反射的光束射入空间光调制器e；空间光调制器e设置有双区域光栅；空间光调制器e反射的光束射入空间光调制器f。
本发明的特点还在于：
激光器发射的光束为高斯光。
空间光调制器a加载的拓扑荷数为L1；
空间光调制器b加载的拓扑荷数为L2；
空间光调制器c加载的拓扑荷数为L3；
空间光调制器d加载的拓扑荷数为-L1、-L2或-L3；
空间光调制器f加载的拓扑荷数具体为：若空间光调制器d加载的拓扑荷数为-L1，则空间光调制器f加载的拓扑荷数为L2+L3-2 L1；若空间光调制器d加载的拓扑荷数为-L2，则空间光调制器f加载的拓扑荷数为L1+L3-2 L2；若空间光调制器d加载的拓扑荷数为-L3，则空间光调制器f加载的拓扑荷数为L1+L2-2 L3。
双区域光栅根据公式进行matlab编程，设计光栅的内区域、外区域。
光栅的内区域、外区域可以表示为：
Figure BDA0002357051840000031
式中，r表示距SLM中心点的距离；x表示沿垂直轴的像素位置的整数；Δ表示SLM的像素大小；d表示光栅周期；mod表示模数函数；内圈(r﹤r1)和外部区域(r≥r2)分别作用于高斯光、涡旋光，两个区域具有不同的衍射角。
本发明的有益效果是：
本发明涡旋光束信息交换的方法，可以达到三束复用且加载信息的涡旋光束中任意两束进行信息交换的效果，且利用该方法可以向更高阶光信息交换延伸。由于拓扑荷数可以取任意整数的特点导致交换的灵活性也会随之提升，进而可以为多用户应用提供动态和高效的通信网络。
附图说明
图1是本发明涡旋光束信息交换的方法中的光路示意图；
图2是本发明涡旋光束信息交换的方法中的双区域光栅示意图。
式中，1.激光器，2.分束镜a，3.分束镜b，4.空间光调制器a，5.空间光调制器b，6.空间光调制器c，7.空间光调制器d，8.空间光调制器e，9.双区域光栅，10.空间光调制器f。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明一种涡旋光束信息交换的方法，激光器1发射光束射入分束镜a2；分束镜a2透射的光束射入空间光调制器c6；空间光调制器c6反射的光束沿上述光路返回，射入分束镜a2；
分束镜a2反射的光束射入分束镜b3；分束镜b3将光束分为两束，分别射入空间光调制器a4、空间光调制器b5；空间光调制器a4、空间光调制器b5反射的光束沿上述光路返回合束，射入分束镜a2；
分束镜a2反射及折射的三束光束射入空间光调制器d7；空间光调制器d7反射的光束射入空间光调制器e8；空间光调制器e8设置有双区域光栅9；空间光调制器e8反射的光束射入空间光调制器f10。
激光器1发射的光束为高斯光。
空间光调制器a4加载的拓扑荷数为L1；
空间光调制器b5加载的拓扑荷数为L2；
空间光调制器c6加载的拓扑荷数为L3；
空间光调制器d7加载的拓扑荷数为-L1、-L2或-L3；
空间光调制器f10加载的拓扑荷数具体为：若空间光调制器d7加载的拓扑荷数为-L1，则空间光调制器f10加载的拓扑荷数为L2+L3-2 L1；若空间光调制器d7加载的拓扑荷数为-L2，则空间光调制器f10加载的拓扑荷数为L1+L3-2 L2；若空间光调制器d7加载的拓扑荷数为-L3，则空间光调制器f10加载的拓扑荷数为L1+L2-2 L3。
双区域光栅9根据公式进行matlab编程，设计光栅的内区域、外区域。
如图2所示，光栅的内区域、外区域可以表示为：
Figure BDA0002357051840000051
式中，r表示距SLM中心点的距离；x表示沿垂直轴的像素位置的整数；Δ表示SLM的像素大小；d表示光栅周期；mod表示模数函数；内圈(r﹤r1)和外部区域(r≥r2)分别作用于高斯光、涡旋光，两个区域具有不同的衍射角。
一、恢复光束进行检测
按照本发明的方法进行涡旋光束之间的信息交换后，空间光调制器f9反射的光束、空间光调制器e8分离出的高斯光束均射入分束镜c；分束镜c反射的光束射入空间光调制器g；空间光调制器g加载的拓扑荷数与空间光调制器d所加载的拓扑荷数相同；最后通过CCD相机进行检测；观察发现涡旋光束与参考高斯光束之间的干涉图的相位以及拓扑荷数发生变化；说明两束涡旋光束的拓扑荷数发生了互换，从而可以说明信息发生了交换。
二、验证空间光调制器e8射出的涡旋光束是否与高斯光束分离
利用光束分析仪观察高斯光的光斑偏离涡旋光束圆心处，说明高斯光束与涡旋光束以不同的角度分离。
三、检测空间光调制器f9射出的两束复用涡旋光束是否发生了信息交换
观察发现涡旋光束与参考高斯光束之间的干涉图的相位以及拓扑荷数发生变化；说明两束涡旋光束的拓扑荷数发生了互换，从而可以说明信息发生了交换。
本发明涡旋光束信息交换的方法，可以达到三束复用且加载信息的涡旋光束中任意两束进行信息交换的效果，且该系统可以向更高阶光信息交换延伸；由于拓扑荷数可以取任意整数的特点导致交换的灵活性也会随之提升，进而可以为多用户应用提供动态和高效的通信网络。

Claims (5)

1.一种涡旋光束信息交换的方法，其特征在于：激光器(1)发射光束射入分束镜a(2)；分束镜a(2)透射的光束射入空间光调制器c(6)；空间光调制器c(6)反射的光束沿上述光路返回，射入分束镜a(2)；
所述分束镜a(2)反射的光束射入分束镜b(3)；分束镜b(3)将光束分为两束，分别射入空间光调制器a(4)、空间光调制器b(5)；空间光调制器a(4)、空间光调制器b(5)反射的光束沿上述光路返回合束，射入分束镜a(2)；
所述分束镜a(2)反射及折射的三束光束射入空间光调制器d(7)；空间光调制器d(7)反射的光束射入空间光调制器e(8)；空间光调制器e(8)设置有双区域光栅(9)；空间光调制器e(8)反射的光束射入空间光调制器f(10)。
2.如权利要求1所述的涡旋光束信息交换的方法，其特征在于：所述激光器(1)发射的光束为高斯光。
3.如权利要求1所述的涡旋光束信息交换的方法，其特征在于：所述空间光调制器a(4)加载的拓扑荷数为L1；
所述空间光调制器b(5)加载的拓扑荷数为L2；
所述空间光调制器c(6)加载的拓扑荷数为L3；
所述空间光调制器d(7)加载的拓扑荷数为-L1、-L2或-L3；
所述空间光调制器f(10)加载的拓扑荷数具体为：若空间光调制器d(7)加载的拓扑荷数为-L1，则空间光调制器f(10)加载的拓扑荷数为L2+L3-2 L1；若空间光调制器d(7)加载的拓扑荷数为-L2，则空间光调制器f(10)加载的拓扑荷数为L1+L3-2 L2；若空间光调制器d(7)加载的拓扑荷数为-L3，则空间光调制器f(10)加载的拓扑荷数为L1+L2-2 L3。
4.如权利要求1所述的涡旋光束信息交换的方法，其特征在于：所述双区域光栅(9)根据公式进行matlab编程，设计光栅的内区域、外区域。
5.如权利要求4所述的涡旋光束信息交换的方法，其特征在于：所述光栅的内区域、外区域可以表示为：
Figure FDA0002357051830000021
式中，r表示距SLM中心点的距离；x表示沿垂直轴的像素位置的整数；Δ表示SLM的像素大小；d表示光栅周期；mod表示模数函数；内圈(r﹤r1)和外部区域(r≥r2)分别作用于高斯光、涡旋光，两个区域具有不同的衍射角。
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