CN114371533A - 一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高斯‑谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置及方法，包括高斯‑谢尔模型涡旋光束生成装置、第二空间光调制器和第三薄透镜；所述高斯‑谢尔模型涡旋光束生成装置用于产生高斯‑谢尔模型涡旋光束，并将高斯‑谢尔模型涡旋光束传输至第二空间光调制器；所述第二空间光调制器用于对传输后的高斯‑谢尔模型涡旋光束加载反螺旋相位，进行相位解调，得到解调光束；所述第三薄透镜用于将解调光束聚焦到光纤。能够简便精确的将高斯‑谢尔模型涡旋光束耦合进入光纤内部。
Description
技术领域
本发明属于光纤耦合技术领域，尤其涉及一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
提高频谱利用率、提升信道的传输容量和通信容量密度是目前通信的主要目标和迫切需要解决的问题。激光光通信可以实现新的通信频谱，并向(高)频段部分扩展，降低频谱缺口。多输入多输出(MIMO)是当前提高频谱利用率和传输容量的有效技术手段。
然而，当自由空间光通信中携带信号的激光在大气中传输时，受到大气湍流的扰动使光束产生相位扭曲、光束闪烁和光束漂移等现象。这是由湍流对场相结构的畸变引起的。这会严重影响信号质量，甚至使信号发生中断，这是自由空间光通信的最大的挑战。因为大气湍流扰动具有累积性，所以当通信距离越远时，激光光束受到大气湍流的影响就会越明显，信号光场的畸变就会越厉害。对比于完全相干光而言，部分相干光具有缓解光束的随机起伏的优点。因此部分相干光可以降低光束散斑效应，减轻由于大气湍流引起的光束闪烁。除此之外，近些年的研究发现高斯-谢尔模型涡旋(GSMV)光束(即携带涡旋相位的部分相干光束)在减少湍流诱导的闪烁方面也比高斯-谢尔模型(GSM)光束有优势。
然而，对于高斯-谢尔模型涡旋光束的在自由空间光通信方面的广泛应用遇到了多方面的阻碍，其中，高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合存在一定困难。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，能够简便精确的将高斯-谢尔模型涡旋光束耦合进入光纤内部。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，包括高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置、第二空间光调制器和第三薄透镜；
所述高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置用于产生高斯-谢尔模型涡旋光束，并将高斯-谢尔模型涡旋光束传输至第二空间光调制器；
所述第二空间光调制器用于对传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束加载反螺旋相位，进行相位解调，得到解调光束；
所述第三薄透镜用于将解调光束聚焦到光纤。
进一步的，所述第二空间光调制器配置有携带反螺旋相位的达曼光栅，传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束经过所述达曼光栅，得到解调光束。
进一步的，所述高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置包括依次设置的激光器、准直镜、第一薄透镜和毛玻璃片；
所述激光器用于产生激光；
所述准直镜用于对激光器产生的激光进行准直，得到准直后的激光；
所述第一薄透镜用于对准直后的激光进行聚焦，得到完全相干信号光束；
所述毛玻璃片用于将所述完全相干信号光束转换为完全非相干光。
进一步的，所述高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置还包括在毛玻璃片后依次设置的第二薄透镜、高斯滤波片和第一空间光调制器；
所述第二薄透镜用于对完全非相干光进行傅里叶变换，得到变换后的完全非相干光；
所述高斯滤波片用于对变换后的完全非相干光进行滤波整形，获得高斯-谢尔模型光束；
所述第一空间光调制器用于对高斯-谢尔模型光束加载涡旋相位，生成高斯-谢尔模型涡旋光束。
进一步的，所述毛玻璃片为旋转的毛玻璃片。
本发明还公开了一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合方法，包括：
对高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置产生的高斯-谢尔模型涡旋光束进行传输；
对传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束加载反螺旋相位，进行相位解调，得到解调光束；
将解调光束聚焦到光纤。
进一步的，所述加载反螺旋相位的具体方法为：传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束经过携带反螺旋相位的达曼光栅，得到解调光束。
进一步的，所述高斯-谢尔模型涡旋光束的产生方法为：
将完全相干信号光束转换为完全非相干光；
对完全非相干光进行傅里叶变换，得到变换后的完全非相干光；
对变换后的完全非相干光进行滤波整形，获得高斯-谢尔模型光束；
对高斯-谢尔模型光束加载涡旋相位，生成高斯-谢尔模型涡旋光束。
进一步的，所述将完全相干信号光束转换为完全非相干光的具体方法为：所述完全相干信号光束入射至旋转的毛玻璃片后，转换为完全非相干光。
进一步的，所述完全相干信号光束的产生方法为：
对激光器产生的激光进行准直，得到准直后的激光；
对准直后的激光进行聚焦，得到完全相干信号光束。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明的高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，有效解决了高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合困难的问题，能够快速有效的将高斯-谢尔模型涡旋光束转化成高斯-谢尔模型光束，由此能够简便精确的将高斯-谢尔模型涡旋光束耦合进入光纤内部。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例一的高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置的结构图。
其中：1、激光器，2、准直镜，3、第一薄透镜，4、毛玻璃片，5、第二薄透镜，6、高斯滤波片，7、第一空间光调制器，8、第二空间光调制器，9、第三薄透镜，10、光纤。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
参见附图1所示，本实施例公开了一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，包括：高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置、第二空间光调制器8和第三薄透镜9。
高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置用于产生高斯-谢尔模型涡旋光束，并将高斯-谢尔模型涡旋光束传输至第二空间光调制器8。
第二空间光调制器8用于基于高斯-谢尔模型涡旋光束的相位信息(即涡旋相位信息)，对传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束，加载反螺旋相位，进行相位解调，得到解调光束。具体的，第二空间光调制器8配置有携带反螺旋相位的达曼光栅，传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束经过携带反螺旋相位的达曼光栅，得到解调光束。
第三薄透镜9用于将解调光束聚焦到光纤10，即，解调光束经过9第三薄透镜聚焦后进入10光纤进行耦合。
其中，高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置包括依次设置的激光器1、准直镜2、第一薄透镜3、毛玻璃片4、第二薄透镜5(傅里叶变换物镜)、高斯滤波片6和第一空间光调制器7。
作为一种实施方式，毛玻璃片4为动态旋转的毛玻璃片。
激光器1用于产生激光；准直镜2用于对激光器产生的激光进行准直，得到准直后的激光；第一薄透镜3用于对准直后的激光进行聚焦，得到完全相干信号光束；旋转的毛玻璃片4用于将完全相干信号光束转换为完全非相干光；第二薄透镜5用于对完全非相干光进行傅里叶变换，得到变换后的完全非相干光；高斯滤波片6用于对变换后的完全非相干光进行滤波整形，获得高斯-谢尔模型光束；第一空间光调制器7用于对高斯-谢尔模型光束加载涡旋相位，生成高斯-谢尔模型涡旋光束。
本实施例公开的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置在具体使用时：由激光器1产生的激光经过准直镜2进行准直后，得到准直后的激光；准直后的激光入射到第一薄透镜3上，得到聚焦后的激光(完全相干信号光束)；聚焦后的激光入射至旋转的毛玻璃片4上，完全相干信号光束经过旋转的毛玻璃片4后产生完全非相干光；完全非相干光经由第二薄透镜5进行傅里叶变换，并经过高斯滤波片6滤波整形后，得到高斯-谢尔模型光束；高斯-谢尔模型光束入射至第一空间光调制器7上，加载涡旋相位后产生高斯-谢尔模型涡旋光束；高斯-谢尔模型涡旋光束经传输后入射到第二空间光调制器8上，基于所述高斯-谢尔模型涡旋光束的相位信息，对传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束加载反螺旋相位后得到解调光束；解调光束经过第三薄透镜9聚焦后进入光纤10进行耦合。
实施例二
本实施例的目的是提供一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合方法，包括：
对高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置产生的高斯-谢尔模型涡旋光束进行传输；
对传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束加载反螺旋相位，进行相位解调，得到解调光束；
将解调光束聚焦到光纤。
其中，加载反螺旋相位的具体方法为：传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束经过携带反螺旋相位的达曼光栅，得到解调光束。
其中，高斯-谢尔模型涡旋光束的产生方法为：
将完全相干信号光束转换为完全非相干光；
对完全非相干光进行傅里叶变换，得到变换后的完全非相干光；具体方法为：完全相干信号光束入射至旋转的毛玻璃片后，转换为完全非相干光；
对变换后的完全非相干光进行滤波整形，获得高斯-谢尔模型光束；
对高斯-谢尔模型光束加载涡旋相位，生成高斯-谢尔模型涡旋光束。
其中，完全相干信号光束的产生方法为：
对激光器产生的激光进行准直，得到准直后的激光；
对准直后的激光进行聚焦，得到完全相干信号光束。
以上实施例的装置中涉及的各步骤与实施例一中的结构相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关结构说明部分。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，其特征是，包括高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置、第二空间光调制器和第三薄透镜；
所述高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置用于产生高斯-谢尔模型涡旋光束，并将高斯-谢尔模型涡旋光束传输至第二空间光调制器；
所述第二空间光调制器用于对传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束加载反螺旋相位，进行相位解调，得到解调光束；
所述第三薄透镜用于将解调光束聚焦到光纤。
2.如权利要求1所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，其特征是，所述第二空间光调制器配置有携带反螺旋相位的达曼光栅，传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束经过所述达曼光栅，得到解调光束。
3.如权利要求1所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，其特征是，所述高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置包括依次设置的激光器、准直镜、第一薄透镜和毛玻璃片；
所述激光器用于产生激光；
所述准直镜用于对激光器产生的激光进行准直，得到准直后的激光；
所述第一薄透镜用于对准直后的激光进行聚焦，得到完全相干信号光束；
所述毛玻璃片用于将所述完全相干信号光束转换为完全非相干光。
4.如权利要求3所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，其特征是，所述高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置还包括在毛玻璃片后依次设置的第二薄透镜、高斯滤波片和第一空间光调制器；
所述第二薄透镜用于对完全非相干光进行傅里叶变换，得到变换后的完全非相干光；
所述高斯滤波片用于对变换后的完全非相干光进行滤波整形，获得高斯-谢尔模型光束；
所述第一空间光调制器用于对高斯-谢尔模型光束加载涡旋相位，生成高斯-谢尔模型涡旋光束。
5.如权利要求3所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合装置，其特征是，所述毛玻璃片为旋转的毛玻璃片。
6.一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合方法，其特征是，包括：
对高斯-谢尔模型涡旋光束生成装置产生的高斯-谢尔模型涡旋光束进行传输；
对传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束加载反螺旋相位，进行相位解调，得到解调光束；
将解调光束聚焦到光纤。
7.如权利要求6所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合方法，其特征是，所述加载反螺旋相位的具体方法为：传输后的高斯-谢尔模型涡旋光束经过携带反螺旋相位的达曼光栅，得到解调光束。
8.如权利要求6所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合方法，其特征是，所述高斯-谢尔模型涡旋光束的产生方法为：
将完全相干信号光束转换为完全非相干光；
对完全非相干光进行傅里叶变换，得到变换后的完全非相干光；
对变换后的完全非相干光进行滤波整形，获得高斯-谢尔模型光束；
对高斯-谢尔模型光束加载涡旋相位，生成高斯-谢尔模型涡旋光束。
9.如权利要求8所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合方法，其特征是，所述将完全相干信号光束转换为完全非相干光的具体方法为：所述完全相干信号光束入射至旋转的毛玻璃片后，转换为完全非相干光。
10.如权利要求8所述的一种高斯-谢尔模型涡旋光束的光纤耦合方法，其特征是，所述完全相干信号光束的产生方法为：
对激光器产生的激光进行准直，得到准直后的激光；
对准直后的激光进行聚焦，得到完全相干信号光束。
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