CN113281845A - 基于螺旋拉锥光纤束的oam光子灯笼及制作和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼，包括锥形玻璃套筒和位于该套筒大头端一侧的输入端及小头端一侧的输出端，套筒内包括不同直径的N根少模光纤的光纤束环绕着一根掺氟低折射率无芯光纤；光纤束自输入端围绕着无芯光纤以固定螺距及旋向螺旋拉锥至输出端，从而在套筒内形成螺旋拉锥光纤束；该输出端包括经螺旋拉锥后的光纤束形成的环形折射率分布，输出端熔接有与之匹配的环芯光纤。本发明提出了在拉制光子灯笼时利用少模光纤束环绕无芯光纤进行螺旋拉锥，使得光子灯笼输出端光强的中心形成零强度分布，同时该螺旋结构在同一简并模组不同LP模式之间产生π/2的相位差，形成OAM并进行复用，无需偏振控制器，提高了器件的集成度。

Description

基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼及制作和应用

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，特别涉及一种高性能OAM模式复用器件的结构及其应用。

背景技术

近年来，对携带自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)等光学角动量的光束的产生和操纵越来越受到人们的关注。具有OAM的光束，又称光涡(OV)，其环状强度分布可以用来捕获和输运粒子。OAM产生的力和转矩使光涡旋能够驱动微机械。在天文学方面，光的OAM也可以用来提高空间望远镜的对比度值。同时，由于OAM不同模式之间的正交性，利用OAM的不同状态作为传输信号的不同信道可以大大提高传输系统的带宽。由于OAM光传输系统带来了新的自由度，产生OAM的方法也越来越受到关注。轨道角动量模式在提高通信容量和频谱效率方面有着极大的潜力，而光纤构成了长距离大容量光通信的主干网。因此，对于光纤中的轨道角动量模式、轨道角动量模式传输光纤以及光纤产生器件等方面的研究有着强烈的推动力。

产生OAM的方法大致可以分为两类：自由空间的器件和基于光纤的器件。对于自由空间器件，例如空间相位板、分叉衍射光栅、基于圆柱透镜的模式转换器等。基于光纤的器件，包括层状螺旋波导、单环形光纤、带有环形折射率分布的方芯光纤、螺旋光纤布拉格光栅、带有螺旋相位盘的光纤等等。在光纤中产生的OAM可以直接通过光纤传输，因此基于光纤的OAM产生器可以在各种应用中带来极大的方便、同时可以使器件更加紧凑和灵活。

选模光子灯笼可以通过增加耦合锥区的长度来提高器件的模式选择性以更好地满足绝热条件，且对于不同类型的光子灯笼均适用，但是增加耦合锥区的长度极大地增加了加工难度，且体积大，无法大规模生产。

现有技术一，Z.S.Eznaveh等.Photonic lantern broadband orbital angularmomentum mode multiplexer.《optics express》.2018,第26卷(第23期)中，提出并演示了一种使用环形纤芯的模式选择光子灯(MSPL)，选模光子灯笼输入端为不同芯径多个单模光纤，每个单模光纤分别级联一个单模偏振控制器调整输入端光场相位，使得两个简并的LP模之间产生固定的π/2相位差。然而，它不能同时复用同一模群内的左旋和右旋OAM模式，因为它必须使用MSPL的两个SMF输入端口来激励一对简并LP模式，这对简并LP模式只能形成特定拓扑电荷数l的OAM模群中的一个左旋或右旋模式。

现有技术二，公开号为CN108761651A，公开日为2018年11月6日的专利文献中，提供了一种OAM模式复用器件、制造方法及复用方法，其中，选模光子灯笼(MSPL)级联多模偏振控制器(MPC)，能够在单个器件上通过引入多个模式的偏振控制实现单个端口OAM模式的激发及多个OAM模式复用，但MPC的使用引入了额外的复杂度和可能带来的损耗，而且MPC中的弯曲光纤中同时存在多个高阶模式，可能会导致强烈的模间串扰，从而降低OAM模式纯度。

现有技术三，公开号为CN110208907A，公开日为2019年9月6日的专利文献中公开了一种轨道角动量光子灯笼制作方法及装置，通过在拉锥时控制光子灯笼锥区部分的拉伸长度与比例。控制拉伸比例使拉锥后得到的少模端归一化频率，控制拉伸长度使LP模式的相位差保持在π/2，可以实现OAM模式的复用，但是通过预设的拉伸比例和预设的拉伸长度实现LP模式相位终止变化对拉锥的精度要求非常高，实际制造过程中难以实现。

基于现有的选模光子灯笼结构基础，本发明提出一种基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼结构，旨在保证产生OAM模式的同时，能够对不同OAM模群的单一偏振方向的模式进行复用，同时通过螺旋增加光程，减小光子灯笼拉锥时的拉伸长度，进一步降低OAM复用器件的制作难度。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种新的OAM光子灯笼制作方法及装置，使用螺旋排列的光纤束进行光子灯笼拉锥，通过设计不同少模光纤的排布和光纤束螺旋排列的螺距实现光纤中线偏振模式对的相位差保持在π/2，从而在输出端得到相应的OAM，而不需要引入额外的光器件。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼，包括锥形玻璃套筒和位于锥形玻璃套筒大头端一侧的输入端及位于所述锥形玻璃套筒小头端的一侧的输出端，所述锥形玻璃套筒内穿过一根无芯掺氟低折射率光纤，所述输入端包括不同直径的N根围绕着所述无芯掺氟低折射率光纤并按照环形布局的少模光纤；自所述输入端由N根少模光纤围绕着所述的无芯掺氟低折射率光纤并以固定螺距及同一旋转方向旋转至所述输出端，该输出端包括呈熔合状态的少模光纤包层及泄漏至所述少模光纤包层外侧的少模光纤纤芯和呈熔合状态的无芯掺氟低折射率光纤，从而在所述锥形玻璃套筒内形成螺旋拉锥光纤束；所述输出端熔接有与所述输出端的折射率分布相匹配的环芯光纤。

进一步讲，本发明所述的OAM光子灯笼，其中，如果1＜N≤10，则所述环芯光纤为少模光纤；如果N＞10，则所述环芯光纤为多模光纤。

所述螺距为H，0cm＜H≤20cm；旋转方向为从光纤拉锥方向看呈顺时针或逆时针方向。

所述无芯掺氟低折射率光纤的纤芯直径为D，10μm＜D＜100μm，相对于锥形玻璃套管的折射率差为-9×10³，所述输出端产生的光斑中心形成零强度分布。

本发明上述的OAM光子灯笼的一种实现方式是基于少模光纤束的拉锥，光子灯笼用于模式复用是以少模光纤中相互正交的多个LP模式作为多个独立信道进行通信传输，相比单模光纤，少模光纤的传输容量提高了数倍，且大芯径带来了非线性效应容忍度的提升，从而整体提升了传输系统的性能。本发明中还提出了上述OAM光子灯笼的制作方法，步骤是：将不同直径的N根少模光纤以固定的螺距和同一旋转方向环形排布围绕着无芯掺氟低折射率光纤插入一个玻璃套管内，其中，所述螺距为H，0cm＜H≤20cm；旋转方向为从光纤拉锥方向看呈顺时针或逆时针方向；对插入有上述的光纤束的玻璃套管进行拉锥，形成呈锥形的选模环芯光子灯笼；所形成的选模环芯光子灯笼的输出端是呈熔合状态的锥形玻璃套管的小口端，该输出端包括呈熔合状态的少模光纤包层及泄漏至所述少模光纤包层外侧的少模光纤纤芯和呈熔合状态的无芯掺氟低折射率光纤；将与所述输出端的折射率分布匹配的环芯光纤的一端与所述的输出端熔接。

本发明提供的上述OAM光子灯笼是一种能够复用OAM模式的全光纤型光子灯笼，能够实现OAM模式的产生与复用，为后续复用OAM进行通信系统容量提升提供了基础。将本发明中所述的OAM光子灯笼作为选模光子灯笼，可以实现OAM模式复用方法，具体方法是：接收由选模光子灯笼输入端中对应一对相同传播常数的本征模式对的两个少模光纤端输入的光信号，激发两个少模光纤的基模，通过锥形过渡实现模态演化，演变成了与所述选模光子灯笼的输出端的少模光纤中对应的某一对本征模式对，输入端激发的一对相同传播常数的基模信号在经过螺旋拉锥光纤束输出后形成的输出端少模光纤相应的某一本征模式对，两个本征模式之间相差π/2的相位，在所述选模光子灯笼的输出端输出相同传播常数的本征模式对对应的OAM模，所有相同传播常数的本征模式对之间均相差为π/2的相位时，得到相应的多个固定圆偏振方向且分别正交的OAM模式；将所有正交的OAM模式同时输出，产生并且复用固定圆偏旋方向的多个OAM模式。

上述的实现OAM模式复用方法中，所有正交的OAM模式同时输出，产生并且复用固定圆偏旋方向的多个OAM_±n模式：其中，OAM-n为左旋的多个OAM模式，OAM+n为右旋的多个OAM模式，n≥1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

针对现有技术中产生OAM光束需要对光纤中的相同传播常数的本征模式对具有固定相位差，以及制造光子灯笼时绝热拉锥长度过长的问题，本发明提出一种基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼，该结构在光子灯笼中引入了螺旋结构，使光纤束拉锥时形成的光纤锥度角较常规光子灯笼更小，同时耦合锥区光纤长度的增加为控制相同传播常数的本征模式对之间的相位差提供了自由度，为OAM模式产生及复用提供了基础。

本发明结构的光子灯笼在环芯的基础上，在锥形结构内的光纤引入了螺旋结构，可以通过设计螺旋结构的螺距来控制不同简并LP模式之间的相位差为π/2，设计螺旋结构的旋转方向来控制输出端少模环芯光纤输出的OAM模式的旋转方向。这种设计不需要引入额外的偏振控制器来调控简并LP模式之间的相位差，并且可以同时复用多个旋转方向相同而阶数不同的OAM模式(如，同时复用OAM₊₁，OAM₊₂，OAM₊₃或同时复用OAM_-1，OAM_-2，OAM_-3)。

主流光子灯笼中的拉锥结构，为了保持绝热拉锥的条件(模式能量不泄露到器件外)，在已知拉锥比的情况下，拉锥长度过长，普通拉锥机难以制作。本发明结构的光子灯笼的螺旋结构光纤在单位长度内引入了更长的光程，降低了光纤在拉锥时产生的锥度角，同时芯间距设计与主流光子灯笼保持一致，使得光子灯笼在更短的拉伸长度内也能得到同等的模式变换效果，同时保持绝热拉锥的条件。

附图说明

图1是本发明实施例提供的5个LP模式的模式选择光子灯笼纤芯排布示意图；

图2是图1所示的OAM光子灯笼结构示意图；

图3是图2所示的OAM光子灯笼输出端的结构示意图；

图4是本发明实施例形成螺旋拉锥光纤束的示意图；

图5是搭建的输出端OAM模式检验实验装置示意图；

图5中：Tunable Laser为可调谐激光器，SMF为单模光纤，Coupler、Coupler1、Coupler2均为光纤耦合器，FMF为少模光纤，Len1、Len2均为耦合透镜，Pol为起偏器，BS为(逆向使用)光束分束器，CCD为感光器件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼的设计思路是：将不同直径的少模光纤围绕无芯掺氟光纤环形排布，少模光纤以固定螺距的螺旋排布环绕无芯光纤形成光纤束，光纤束插入掺氟玻璃套管进行拉锥；光纤束在锥形区域由粗变细，少模光纤螺旋环绕无芯掺氟光纤，且螺距随光子灯笼外径逐渐变细而不断拉长；拉锥后锥腰处多根少模光纤呈熔合状态，泄漏至少模光纤包层外的少模光纤纤芯呈环形排布，环绕呈熔合状态的无芯光纤，结构与环芯光纤相似。本发明提出了利用螺旋布线的少模光纤束环绕无芯光纤拉锥，使得光子灯笼输出端截面的中心形成零强度分布，该螺旋结构能使得光子灯笼使得不同线性偏振模式之间产生固定相位差从而输出OAM光，避免了普通OAM光子灯笼为引入相位差而使用偏振控制器，提高器件传输性能和集成度。

如图1、图2和图3所示，本发明提出的一种基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼，包括锥形玻璃套筒1和位于锥形玻璃套筒1大头端一侧的输入端2及位于所述锥形玻璃套筒1小头端的一侧的输出端3，所述锥形玻璃套筒1内穿过一根无芯掺氟低折射率光纤4，所述输入端2包括不同直径的N根围绕着所述无芯掺氟低折射率光纤4并按照环形布局的少模光纤5；自所述输入端2由N根少模光纤5围绕着所述的无芯掺氟低折射率光纤4并以固定螺距及同一旋转方向旋转至所述输出端3，所述螺距为H，0cm＜H≤20cm；旋转方向为从光纤拉锥方向看呈顺时针或逆时针方向。该输出端包括呈熔合状态的少模光纤包层及泄漏至所述少模光纤包层外侧的少模光纤纤芯和呈熔合状态的无芯掺氟低折射率光纤4，从而在所述锥形玻璃套筒1内形成螺旋拉锥光纤束；所述无芯掺氟低折射率光纤4的纤芯直径为D，10μm＜D＜100μm，相对于锥形玻璃套管1的折射率差为-9×10³，所述输出端3产生的光斑中心形成零强度分布。所述输出端3熔接有与所述输出端3的折射率分布相匹配的环芯光纤6。

本发明提出的上述OAM光子灯笼(输入端为5个3种芯径的少模光纤，输出端为4模环芯光纤，入射的基模光经过模式转化和相位调控转化为OAM模式，相位旋转方向与光纤螺旋拉锥的方向相同)的制作方法，步骤如下：

将不同直径的N根少模光纤5以固定的螺距和同一旋转方向环形排布围绕着无芯掺氟低折射率光纤4插入一个玻璃套管1内，其中，所述螺距为H，0cm＜H≤20cm；旋转方向为从光纤拉锥方向看呈顺时针或逆时针方向；对插入有上述的光纤束的玻璃套管进行拉锥，形成呈锥形的选模环芯光子灯笼；所形成的选模环芯光子灯笼的输出端3是呈熔合状态的锥形玻璃套管1的小口端，该输出端包括呈熔合状态的少模光纤包层及泄漏至所述少模光纤包层外侧的少模光纤纤芯和呈熔合状态的无芯掺氟低折射率光纤；将与所述输出端3的折射率分布匹配的环芯光纤6的一端与所述的输出端熔接。其中，如果1＜N≤10，则所述环芯光纤6为少模光纤；如果N＞10，N的最大值通常为19，所述环芯光纤6为多模光纤。

以本发明所述的OAM光子灯笼作为选模光子灯笼，可以实现OAM模式复用方法是：接收由选模光子灯笼输入端中对应一对相同传播常数的本征模式对的两个少模光纤端输入的光信号，激发两个少模光纤的基模，通过锥形过渡实现模态演化，演变成了与所述选模光子灯笼的输出端的少模光纤中对应的某一对本征模式对，输入端激发的一对相同传播常数的基模信号在经过螺旋拉锥光纤束输出后形成的输出端少模光纤相应的某一本征模式对，两个本征模式之间相差π/2的相位，在所述选模光子灯笼的输出端输出相同传播常数的本征模式对对应的OAM模，所有相同传播常数的本征模式对之间均相差为π/2的相位时，得到相应的多个固定圆偏振方向且分别正交的OAM模式；将所有正交的OAM模式同时输出，产生并且复用固定圆偏旋方向的多个OAM_±n模式：其中，OAM-n为左旋的多个OAM模式，OAM+n为右旋的多个OAM模式，n≥1。

实施例1：

本实施例提供一种OAM光子灯笼光纤束的排布方法。该方法制作的光子灯笼，可应用于OAM模式的产生。本发明实施例提供的光纤排布的截面分布图，如图1所示，5个LP模式的模式选择光子灯笼纤芯排布方式，对于不同的LP模式采用不同粗细的纤芯，而对于同一模式组内的简并模采用相同纤芯。纤芯排布呈中轴对称，对应圆对称模式的纤芯在对称轴上，如图1中LP₀₁，而对应非圆对称模式的纤芯对称排布在轴两侧，如图1中LP₁₁与LP₂₁模式。光纤纤芯按同心圆环排布，圆心处插入无芯掺氟光纤。同心圆中轴上的纤芯即对应于圆对称模式开始两侧纤芯依次变细，同一环上第n粗的纤芯与该环上具有第n大有效折射率的LP模式相对应。环上的纤芯均需满足这种相对粗细和排列分布，具体纤芯尺寸可由仿真软件通过参数优化计算得到。

图2为本发明实施例提供的OAM光子灯笼结构图。激发非圆对称模式时，从左右对称的两个相同的输入光纤(如LP₁₁与LP₂₁模式，在该设计的纤芯排布下，每个非圆对称模式总是与左右两根相同的纤芯对应；同时输入等功率反相位的光场，经过耦合锥区，光纤束在锥形区内进行螺旋拉锥，一对非圆对称模式的光纤中的光模式经过螺旋拉锥区域后，增加了光纤在锥区内的长度，因此可以大大缩短拉锥长度，同时保持锥区在绝热的锥度角范围内。另一方面，通过设计螺距与螺旋的圈数调控非圆对称模式对的相位差，所述的所有相同传播常数的本征模式对之间均相差为π/2的相位时，得到相应的多个固定圆偏振方向且分别正交的OAM模式。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。

如图1和图2所示，为了制造一个环芯光纤光子灯笼，借鉴与主流选模光子灯笼(MSPL)相同的程序，并用无芯掺氟低折射率光纤4代替中心芯。该无芯掺氟低折射率光纤4的直径由环绕的五个少模光纤5的直径确定，在截面为五边形的排布里与环绕的五个少模光纤5分别相切，控制拉锥前少模光纤5的芯间距均分别为248μm，同时无芯掺氟低折射率光纤4纤芯直径D为90μm，相对于少模光纤5的包层的折射率差为-9×10^-3，经过拉锥后可以在输出端3中心形成零强度分布。这样的设计会使得光子灯笼输出端3呈环芯分布，如图3所示，可以产生稳定的OAM模式。在制作过程中，在输入端固定少模光纤，输出端固定整个光纤束及锥形玻璃套管，在拉锥的过程中旋转少模端的固定模块，使得光纤束在锥化的过程中螺旋环绕中心无芯光纤(如图4所示)，控制旋转角度使得螺旋拉锥的光纤束的螺距H(即光纤旋转后沿螺旋线方向相邻两螺纹之间的距离)在8cm左右，从而形成如图2所示结构。在外层的锥形玻璃套管与内部中心芯的拉锥比例一定的情况下，螺旋环绕中心芯的少模光纤5长度更长，光纤外径变化更加缓慢，保证光纤内模式的绝热演变及传输。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，根据预设少模光纤中的非圆对称模式的相位变化规律，设计玻璃套管内光纤束螺旋拉锥时的螺距与螺旋的圈数，进行绝热拉锥至预设拉伸长度。在此之前，根据预设光纤排布以及拉伸长度进行光束传播法(BPM)仿真实验，获取相应的模式输出结果，以验证拉锥结果。

本实施例中通过将预设光纤选为不同芯径的5根少模光纤与1根无芯掺氟低折射率光纤，5根少模光纤分别对应LP₀₁模式、LP_11a模式、LP_11b模式、LP_21a模式、LP_21b模式。如图1所示，光纤的纤芯按照芯距成五边形排布，1根无芯掺氟低折射率光纤居中心，以形成更稳定的五边形纤芯排布，从而降低串扰，产生较少损耗。同时控制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，使拉锥后的光子灯笼输出端呈现类似环芯光纤的环形分布纤芯分布，从而更好地与环芯光纤耦合以使得所述光子灯笼产生所设计的模式，从而实现了OAM₀、OAM_-1、OAM₊₁、OAM_-2、OAM₊₂模式的复用。

实施例2：

本发明设计的OAM光子灯笼复用器均采用该种纤芯排布，为实施例1输出端OAM模式检验搭建的实验装置如图5所示。可调谐激光器Tunable Laser发出的可调谐光源通过单模光纤SMF接入一个一分三光纤耦合器Coupler，用于将入射光按比例耦合到出射端光纤)后，一端依次通过耦合透镜Len1准直并输入到一个光束分束器BS(本实施例中是逆向使用，将两束光合并为一束光)用来作为干涉参考光来检测OAM的螺旋相位分布，一分三光纤耦合器Coupler的另外两端分别通过两个一分二耦合器Coupler1和Coupler2接入本发明设计的基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼，该光子灯笼输入端为5个3种不同芯径的少模光纤，输出端为4模环芯光纤，输入端激发的基模光经过该螺旋拉锥光纤束的光子灯笼内模式转化和相位调控后，在输出端转化为OAM模式，相位旋转方向与光纤螺旋拉锥的旋转方向相同，假设该光子灯笼输入端激发的基模之间相位差分别为0，经该光子灯笼内部模式发生耦合产生简并LP模式，并通过螺旋拉锥光纤束产生固定的相位差，在输出端的简并LP模式合成单一旋转方向的OAM一阶模式及二阶模式。当同时产生OAM一阶模式及二阶模式时，可以对OAM模式进行复用。光子灯笼输出端耦合到4模环芯光纤FMF(支持4个传输模式)，再通过耦合透镜Len2准直后，耦合到起偏器Pol形成单一偏振的OAM光束，再通过光束分束器BS与所述的由可调谐激光器Tunable Laser经一分三光纤耦合器Coupler后通过耦合透镜Len1的干涉参考光进行合束，从而产生干涉，干涉图像由图像传感器CCD接收，将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。当单独产生OAM一阶模式或二阶模式或同时产生时，可以通过干涉的方法检测单独产生的或模式复用的OAM模场强度图及螺旋相位图，从而印证该光子灯笼能够产生并复用OAM模式。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼，其特征在于，包括锥形玻璃套筒(1)和位于锥形玻璃套筒(1)大头端一侧的输入端(2)及位于所述锥形玻璃套筒(1)小头端的一侧的输出端(3)，所述锥形玻璃套筒(1)内穿过一根无芯掺氟低折射率光纤(4)，所述输入端(2)包括不同直径的N根围绕着所述无芯掺氟低折射率光纤(4)并按照环形布局的少模光纤(5)；自所述输入端(2)由N根少模光纤(5)围绕着所述的无芯掺氟低折射率光纤(4)并以固定螺距及同一旋转方向旋转至所述输出端(3)，该输出端包括呈熔合状态的少模光纤包层及泄漏至所述少模光纤包层外侧的少模光纤纤芯和呈熔合状态的无芯掺氟低折射率光纤，从而在所述锥形玻璃套筒(1)内形成螺旋拉锥光纤束；所述输出端(3)熔接有与所述输出端(3)的折射率分布相匹配的环芯光纤(6)。

2.根据权利要求1所述的OAM光子灯笼，其特征在于，1＜N≤10，所述环芯光纤(6)为少模光纤。

3.根据权利要求1所述的OAM光子灯笼，其特征在于，N＞10，所述环芯光纤(6)为多模光纤。

4.根据权利要求1所述的OAM光子灯笼，其特征在于，所述螺距为H，0cm＜H≤20cm；旋转方向为从光纤拉锥方向看呈顺时针或逆时针方向。

5.根据权利要求1所述的OAM光子灯笼，其特征在于，所述无芯掺氟低折射率光纤(4)的纤芯直径为D，10μm＜D＜100μm，相对于锥形玻璃套管(1)的折射率差为-9×10³，所述输出端(3)产生的光斑中心形成零强度分布。

6.一种如权利要求1至5任一所述的OAM光子灯笼的制作方法，其特征在于，

将不同直径的N根少模光纤(5)以固定的螺距和同一旋转方向环形排布围绕着无芯掺氟低折射率光纤(4)插入一个玻璃套管(1)内，其中，所述螺距为H，0cm＜H≤20cm；旋转方向为从光纤拉锥方向看呈顺时针或逆时针方向；

对插入有上述的光纤束的玻璃套管进行拉锥，形成呈锥形的选模环芯光子灯笼；

所形成的选模环芯光子灯笼的输出端(3)是呈熔合状态的锥形玻璃套管(1)的小口端，该输出端包括呈熔合状态的少模光纤包层及泄漏至所述少模光纤包层外侧的少模光纤纤芯和呈熔合状态的无芯掺氟低折射率光纤；

将与所述输出端(3)的折射率分布匹配的环芯光纤(6)的一端与所述的输出端熔接。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，如果1＜N≤10，则所述环芯光纤(6)为少模光纤；如果N＞10，则所述环芯光纤(6)为多模光纤。

8.一种基于螺旋拉锥光纤束的OAM光子灯笼的应用，其特征在于，以权利要求1至5任一所述的OAM光子灯笼作为选模光子灯笼，实现OAM模式复用方法，包括接收由选模光子灯笼输入端中对应一对相同传播常数的本征模式对的两个少模光纤端输入的光信号，激发两个少模光纤的基模，通过锥形过渡实现模态演化，演变成了与所述选模光子灯笼的输出端的少模光纤中对应的某一对本征模式对，输入端激发的一对相同传播常数的基模信号在经过螺旋拉锥光纤束输出后形成的输出端少模光纤相应的某一本征模式对，两个本征模式之间相差π/2的相位，在所述选模光子灯笼的输出端输出相同传播常数的本征模式对对应的OAM模，所有相同传播常数的本征模式对之间均相差为π/2的相位时，得到相应的多个固定圆偏振方向且分别正交的OAM模式；将所有正交的OAM模式同时输出，产生并且复用固定圆偏旋方向的多个OAM模式。

9.根据权利要求8所述的实现OAM模式复用方法，其特征在于，所有正交的OAM模式同时输出，产生并且复用固定圆偏旋方向的多个OAM_±n模式：其中，OAM-n为左旋的多个OAM模式，OAM+n为右旋的多个OAM模式，n≥1。

Images