ITUB20152792A1 - Dispositivo ottico di demultiplazione e multiplazione di una pluralita di canali con diversa lunghezza d?onda e diverso momento angolare orbitale e relativo sistema di comunicazione ottico - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
“Dispositivo ottico di demultiplazione e multiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e diverso momento angolare orbitale e relativo sistema di comunicazione ottico”
Campo tecnico dell’invenzione
La presente invenzione riguarda in generale il settore delle comunicazioni ottiche.
Più in particolare, la presente invenzione riguarda un dispositivo ottico di demultiplazione e multiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e diverso momento angolare orbitale.
Tecnica nota
La capacità di trasportare dati nelle fibre ottiche è aumentata negli ultimi decenni per mezzo dell’utilizzo delle tecniche di multiplazione a divisione di lunghezza d’onda (WDM= Wavelength Division Multiplexing) e di polarizzazione della luce (PDM= Polarization Division Multiplexing); questo però non è sufficiente per soddisfare il notevole incremento della quantità di dati richiesti.
Si è cercato quindi di incrementare ulteriormente la capacità di trasportare dati per mezzo dell’utilizzo della tecnica di multiplazione a divisione di modo (MDM= Mode Division Multiplexing), in base alla quale è possibile trasportare sulla fibra ottica una pluralità di modi spaziali che sono fra di loro ortogonali.
Fra i modi spaziali che possono essere trasportati in una fibra ottica multi-modale, sono stati considerati i modi con momento angolare orbitale, noti anche con modi OAM (OAM= Orbitai Angular Momentum): in questo caso si parla quindi di multiplazione di modo di tipo OAM (abbreviato con MDM-OAM).
Il momento angolare totale di un fotone può essere considerato come la somma di un momento angolare orbitale (OAM) e di un momento angolare di spin (SAM= Spio Angular Momentum), in cui quest’ultimo assume solo due valori s= 1.
Il momento angolare di spin (comunemente indicato solo con “spin”) è indicativo dello stato di polarizzazione di un fascio di fotoni.
I modi OAM possono propagarsi sia in spazio libero, che in una fibra ottica: in quest’ultimo caso verrà utilizzato in seguito il termine “modi OAM guidati” per indicare che si propagano sulla fibra ottica, per distinguerli dai modi OAM che si propagano in spazio libero.
I modi OAM guidati sono una combinazione lineare di modi vettoriali HE di tipo pari e dispari che si propagano in una fibra ottica multimodale oppure sono una combinazione lineare di modi vettoriali EH di tipo pari e dispari.
Più in particolare, i modi OAM guidati sono caratterizzati dal fatto di avere una componente spaziale trasversale del campo elettrico Et (e magnetico Ht) con stato di polarizzazione uniforme di tipo circolare (destro o sinistro) e dal fatto che la superficie del fronte d’onda della componente spaziale trasversale del campo elettrico Et (e magnetico Ht) ha un andamento elicoidale, destro-giro (ovvero il verso dell’elica è in senso orario) o levo-giro (ovvero il verso dell’elica è in senso anti-orario): per questo motivo i modi OAM guidati sono comunemente indicati anche con “vortici ottici circolari” o “modi elicoidali”.
II passo dell’elica (della superficie del fronte d’onda della componente spaziale trasversale del campo elettrico Et e magnetico Ht) è la minima distanza fra due punti distinti dell’elica aventi le stesse coordinate nel piano (x, y) perpendicolare alla direzione di propagazione z (ovvero il passo dell’elica è uguale alla lunghezza d’onda λ).
I modi OAM guidati sono identificati dai seguenti parametri:
un indice radiale “p” avente valori interi maggiori di zero (p= 1, 2, 3, ...), che definisce l’andamento dell’ampiezza della componente spaziale trasversale del campo elettrico Et (e magnetico Ht) al variare della distanza radiale dall’asse di propagazione z dei modi OAM guidati, che coincide con l’asse della fibra ottica (pertanto l’ampiezza del campo elettrico Et presenta (p-1) nodi radiali);
un indice angolare ’T (comunemente indicato anche con “carica topologica”) avente valori interi ( / = 0, ±1, ±2, ±3, ...), in cui per />1 il fronte d’onda è costituito da / eliche intrecciate;
il verso dell’elica, che può essere destro-giro o levo-giro, in funzione del valore positivo o negativo dell’indice angolare /;
il tipo di polarizzazione circolare, ovvero destra (destro-gira) o sinistra (levo-gira).
L’intensità luminosa dei modi OAM guidati (ovvero dei vortici ottici circolari) su di un piano perpendicolare alla direzione di propagazione (comunemente indicato anche con “spot luminoso”) ha una forma sostanzialmente circolare e si distribuisce in p anelli concentrici (in cui p è l’indice radiale), per / maggiore o uguale a 1. In particolare, l’intensità luminosa è nulla sull’asse di propagazione del modo OAM considerato, in corrispondenza di un luogo di punti di singolarità nei quali la fase non è definita.
I modi OAM guidati sono una pluralità di modi spaziali che sono fra di loro ortogonali, ovvero vengono trasportati in modo indipendente nel caso in cui si propaghino su una fibra ottica che mantiene la simmetria circolare e che non sia soggetta a perturbazioni esterne: in questa ipotesi lo scambio di energia fra diversi modi trasportati sulla fibra ottica multimodale è teoricamente nullo; in caso di propagazione nel vuoto, la condizione di ortogonalità dei modi OAM è sempre soddisfatta.
In condizioni reali, se non viene mantenuta la simmetria circolare della fibra ottica a causa di deformazioni, disomogenità nel materiale della fibra ottica e/o perturbazioni esterne, può verificarsi uno scambio di energia non trascurabile fra i diversi modi OAM guidati che si propagano nella fibra ottica, con la conseguenza che viene peggiorata la qualità dell'informazione ricevuta.
Nel campo delle telecomunicazioni, i sistemi di multiplazione a divisione di lunghezza d’onda (WDM) vengono suddivisi in DWDM (Dense WDM, ovvero WDM "densi") e CWDM (Coarse WDM, ovvero WDM a "grana grossa"), in funzione della separazione (ovvero distanza) fra le lunghezze d’onda portanti dei canali.
I sistemi DWDM convenzionali forniscono fino a 40 canali nella terza finestra di trasmissione (la banda C) delle fibre in silice, centrati sul valore della lunghezza d'onda uguale a 1550 nm, con una separazione tra i canali uguale a 100 GHz (ovvero 0.7 nm in lunghezza d’onda).
E’ possibile al giorno d’oggi diminuire la separazione tra le lunghezze d’onda portanti ed utilizzare la stessa finestra di trasmissione in banda C, arrivando ad avere 80/96 canali separati da intervalli di 50 GHz.
Infine è possibile diminuire ulteriormente la separazione tra le lunghezze d'onda portanti ed utilizzare la stessa finestra di trasmissione in banda C, arrivando ad avere 160 canali separati da intervalli di 25 GHz: questi sistemi sono noti come “ultra-densi” WDM.
Nei sistemi CWDM la separazione tra le lunghezze d'onda portanti utilizzate è maggiore di quelle utilizzate nei sistemi convenzionali DWDM, in modo da poter utilizzare componenti ottici meno sofisticati e quindi meno costosi. In particolare, un sistema CWDM convenzionale fornisce 8 canali separati di almeno 20 nm a partire dal limite superiore di 1610 nm.
E’ inoltre possibile avere un sistema CWDM che fornisce fino a 16 canali su una fibra ottica utilizzando interamente la banda di frequenze compresa tra la seconda e la terza finestra di trasmissione (1310/1550 nm rispettivamente) in cui, oltre alle due finestre (la finestra a minima dispersione e quella a minima attenuazione) è compresa anche l'area critica dove può aversi attenuazione del segnale per l'assorbimento dovuto alla presenza di impurità costituite da ioni ossidrili OH-.
I due sistemi DWDM/CWDM sono integrabili, con la possibilità di espandere la banda totale con l’aggiunta di più canali DWDM fittamente distribuiti attorno alle portanti del sistema CWDM.
II brevetto US 7546037 descrive un sistema per creare un fascio di luce con multiplazione di modi OAM per l’utilizzo nella comunicazione ottica di dati.
US 7546037 descrive inoltre che il sistema può essere utilizzato in combinazione con la tecnica di multiplazione a divisione di lunghezza d’onda, ma non descrive in dettaglio quali dispositivi ottici utilizzare per effettuare una multiplazione di lunghezza d’onda ed anche di modi OAM.
Il brevetto EP 1617235 descrive l’utilizzo di una lente di Fresnel 30 (indicata con “Fresnel zone piate”) che focalizza la luce incidente in un fuoco che è situato ad una distanza ZL (rispetto alla lente di Fresnel) che dipende dalla lunghezza d’onda della luce incidente.
L’articolo “Manipulation of orbitai angular momentum beams based on space diffraction compensation”, autori Hailong Zhou e altri, Voi. 22, num.15, Optics Express 17756-17761, pubblicato il 14 luglio 2014, descrive un dispositivo di manipolazione di tre modi OAM (con indice angolare f= 1 , 4, 8) che utilizza una maschera di fase (si veda la Fig.4a), la quale comprende tre corone circolari, ciascuna progettata per elaborare un rispettivo modo OAM. In particolare, la corona più interna elabora il modo OAM avente indice angolare M, la corona intermedia elabora il modo OAM avente indice angolare h= 4 e la corona più esterna elabora il modo OAM avente indice angolare /= 8.
L’articolo “Experimental excitation and detection of angular harmonics in a step-index optical fiber”, autori S.V.Karpeev e S.N.Khonina, Optical memory and neural networks (Information optics), voi.16, n.4, 2007, descrive un esperimento di eccitazione di armoniche angolari e loro sovrapposizione in una fibra ottica di tipo step-index few-mode in modo da effettuare la multiplazione a divisione di modo MDM. L’articolo descrive inoltre l’utilizzo di un elemento ottico diffrattivo (DOE= Diffractive Optical Element) multilivello per effettuare la multiplazione a divisione di modo (si veda la Fig.2) e descrive l’utilizzo di un elemento ottico diffrattivo di tipo binario per effettuare la demultiplazione a divisione di modo (si veda il paragrafo 2 “Methods” che descrive due modi OAM con indice angolare 1 e -2 e la corrispondente Fig.1).
Sono note delle tecniche che consentono di effettuare solo una multiplazione/demultiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e tutti con momento angolare orbitale nullo; alternativamente, le tecniche note consentono di effettuare solo una multiplazione/demultiplazione di una pluralità di canali con diverso momento angolare orbitale (owero una multiplazione/demultiplazione di diversi modi OAM) e tutti con la stessa lunghezza d’onda.
Sono note delle configurazioni ottiche complesse da laboratorio costituite da insiemi di elementi ottici assemblati su un tavolo che consentono di effettuare allo stesso tempo una multiplazione/demultiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e diverso momento angolare orbitale, utilizzando elementi ottici non integrabili.
La Richiedente ha osservato che le tecniche note non consentono di effettuare una multiplazione/demultiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e contemporaneamente una multiplazione/ demultiplazione di una pluralità di canali con diverso momento angolare orbitale (e, preferibilmente, anche una multiplazione a divisione di polarizzazione) utilizzando elementi ottici che siano integrabili in dispositivi fotonici riproducibili su larga scala e con sufficiente affidabilità.
Breve sommario dell’invenzione
La presente invenzione riguarda un dispositivo ottico di demultiplazione ed un dispositivo ottico di multiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e diverso momento angolare orbitale come definiti rispettivamente nelle annesse rivendicazioni 1 e 9 e da loro forme di realizzazione preferite descritte rispettivamente nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 8 e da 10 a 12.
La Richiedente ha percepito che il dispositivo ottico di demultiplazione ed il dispositivo ottico di multiplazione in accordo con la presente invenzione consentono di mantenere la capacità di effettuare la multiplazione/demultiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e consentono di effettuare allo stesso tempo anche la multiplazione/demultiplazione di una pluralità di canali con diverso momento angolare orbitale: in questo modo viene aumentata notevolmente la quantità di dati che possono essere trasportati in aria o su una fibra ottica.
Inoltre il dispositivo ottico di demultiplazione ed il dispositivo ottico di multiplazione in accordo con la presente invenzione hanno i seguenti ulteriori vantaggi:
sono integrabili all’interno di un dispositivo fotonico (PIC= photonic integrated component);
sono riproducibili su larga scala con sufficiente affidabilità;
hanno una elevata efficienza ottica, ovvero la dispersione dell’intensità luminosa fra il fascio ottico entrante ed uscente nel dispositivo ottico di demultiplazione/multiplazione è ridotta;
possono essere utilizzati in modo efficace per la ricezione del segnale trasportato su una fibra ottica e per iniettare un segnale sulla fibra ottica e trasportarlo su di essa.
Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di comunicazione ottico come definito nella annessa rivendicazione 13 e nella forma di realizzazione preferita descritta nella rivendicazione dipendente 14.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornita a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:
la Figura 1A mostra schematicamente una vista in prospettiva del dispositivo ottico di demultiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e diverso momento angolare orbitale secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;
la Figura 1B mostra più in dettaglio il dispositivo ottico di demultiplazione della Figura 1 A;
la Figura 2 mostra schematicamente una vista in prospettiva di un sistema di comunicazione ottico secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione;
la Figura 3 mostra più in dettaglio una vista dall’alto ed in sezione di un primo elemento ottico diffrattivo utilizzato nel dispositivo ottico di demultiplazione;
la Figura 4 mostra più in dettaglio una vista dall’alto di un secondo elemento ottico diffrattivo utilizzato nel dispositivo ottico di demultiplazione;
le Figure 5A-5C mostrano schematicamente una vista in prospettiva, dall’alto ed in sezione di un dispositivo ottico di multiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e diverso momento angolare orbitale secondo una forma di realizzazione dell’invenzione; la Figura 6 mostra uno schema a blocchi di un sistema di comunicazione ottico secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;
la Figura 7 mostra uno schema a blocchi di un sistema di comunicazione ottico secondo una terza forma di realizzazione dell’invenzione.
Descrizione dettagliata dell’invenzione
Si osservi che nella descrizione seguente blocchi, componenti o moduli identici o analoghi sono indicati nelle figure con gli stessi riferimenti numerici, anche se sono mostrati in differenti forme di realizzazione dell’invenzione.
Con riferimento alle Figura 1, viene mostrata una vista in prospettiva del dispositivo ottico di demultiplazione 1 secondo una forma di realizzazione dell’invenzione.
Il dispositivo ottico di demultiplazione 1 comprende elementi ottici miniaturizzabili mediante tecniche di micro e nano-fabbricazione.
Il dispositivo ottico di demultiplazione 1 è un ricevitore ottico che ha la funzione di ricevere un fascio ottico incidente multiplato F_i_mux che trasporta una pluralità di canali aventi valori diversi {Ai, À2 ... ANJ della lunghezza d’onda A e valori diversi fh, k ... IM} dell’indice angolare l e di effettuare la demultiplazione della pluralità di canali in funzione dei valori della lunghezza d’onda A e dei valori dell’Indice angolare /, generando una pluralità di fasci ottici d’uscita demultiplati F_o_dmx aventi valori (Ai, h), {A 2, h)... (AN, h); (A 1, h), {A 2, I2 )■■■ (AN, h); ... (At, IM), {A2, IM)·.. (AN, IM) della lunghezza d’onda A e dell’indice angolare I.
Il fascio ottico incidente multiplato F_i_mux in ingresso al dispositivo ottico di demultiplazione 1 può essere un fascio ottico che si propaga in spazio libero; in questo caso i canali sono vortici ottici circolari in spazio libero aventi diversa lunghezza d’onda A e diverso momento angolare orbitale.
Alternativamente, il fascio ottico incidente multiplato F_i_mux può essere un fascio ottico che si propaga in una fibra ottica multimodale; in questo caso i canali sono vortici ottici circolari guidati nella fibra ottica ed aventi diversa lunghezza d’onda A e diverso momento angolare orbitale.
La pluralità di canali aventi diversa lunghezza d’onda A e diverso momento angolare orbitale verrà indicata in seguito con CHi.l, in cui:
i= 1, 2,... N è un numero intero positivo che rappresenta l’indice che identifica il valore della lunghezza d’onda λ del canale considerato, ovvero i=1 identifica la lunghezza d’onda Ai, i=2 identifica la lunghezza d’onda K2, ecc.;
I= 0, 1, 2, ... K è un numero intero positivo che rappresenta il valore dell’Indice angolare / che identifica il momento angolare orbitale del canale considerato, ovvero 1=1 identifica il modo OAM con indice angolare h= 1, l=2 identifica il modo OAM con indice angolare Ì2= 2, ecc.
Con riferimento alla Figura 1B, ai fini della spiegazione dell’Invenzione si considerano per semplicità nove canali aventi tre diversi valori Ai, A2, Λ3 della lunghezza d’onda ed aventi tre diversi valori h, h, h dell’indice angolare, pertanto i nove canali verranno indicati in seguito con CH1.1 , CH2.1 , CH3.1 , CH2.1 , CH2.2, CH2.3, CH3.1 , CH3.2, CH3.3.
In particolare:
il canale CH1.1 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’onda λι e indice angolare h\
il canale CH1.2 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’onda Ai e indice angolare te,
il canale CH1.3 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’onda λι e indice angolare te,
il canale CH2.1 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’onda /We indice angolare h;
il canale CH2.2 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’ondare indice angolare te,
il canale CH2.3 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’ondare indice angolare te,
il canale CH3.1 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’onda y\ae indice angolare h;
il canale CH3.2 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’ondare indice angolare te,
il canale CH3.3 è un vortice ottico circolare (guidato o in spazio libero) avente lunghezza d’onda Aie indice angolare te
Il dispositivo ottico di demultiplazione 1 comprende:
un primo elemento ottico diffrattivo 1 -1 ;
un secondo elemento ottico diffrattivo 1-2;
una lente 1-3.
Si osservi che ai fini della spiegazione dell'invenzione si considera in seguito che la lente 1-3 sia separata dal secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, ma è anche possibile integrare la lente 1-3 all’interno del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2. In altre parole, è possibile progettare un unico elemento ottico diffrattivo (indicato schematicamente con 1-4 in Figura 1 A) che effettua la funzionalità del secondo elemento ottico diffrattivo 1 -2 e la funzionalità della lente 1 -3.
Si consideri che il dispositivo ottico di demultiplazione 1 sia posizionato in uno spazio definito da un sistema di riferimento cartesiano (x, y, z), in cui l’asse z corrisponde alla direzione di propagazione dei fasci ottici e rappresenta quindi l’asse del dispositivo ottico di demultiplazione 1, mentre il piano (x, y) è perpendicolare all’asse z (e quindi è perpendicolare all’asse del dispositivo ottico di demultiplazione 1).
Il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è un elemento ottico passivo avente la funzione di effettuare la demultiplazione delle lunghezze d’onda λι, À2, Àa, mantenendo al tempo stesso la simmetria circolare del fascio ottico incidente multiplato F_i_mux in ingresso al primo elemento ottico diffrattivo 1-1, in modo da conservare il contenuto degli indici angolari h, h, 3⁄4dei modi OAM trasportati dal fascio ottico incidente multiplato F_i_mux.
Il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è anch’esso un elemento ottico passivo.
La lente 1 -3 è di tipo convergente ed ha una distanza focale f.
L’insieme del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 e della lente 1-3 hanno la funzione di effettuare la demultiplazione dei modi OAM aventi indice angolare h, h, h, ovvero di separare spazialmente il fascio ottico in spazio libero incidente sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 in una pluralità di spot luminosi collimati associati alla pluralità di diversi modi OAM.
Più in particolare, la lente convergente 1-3 ha la funzione di trasformare il fascio ottico di tipo near-field in uscita dal secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 in un fascio ottico collimato di tipo far-field, in modo da generare in uscita una pluralità di spot luminosi collimati che possono essere rilevati su un foto- rivelatore 5.
In particolare, il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è tale da ricevere il fascio ottico incidente multiplato F_i_mux che trasporta i canali CH1.1, CH1.2, CH1.3, CH2.1, CH2.2, CH2.3, CH3.1, CH3.2, CH3.3 ed ha la funzione di effettuare la dispersione cromatica del fascio ottico incidente multiplato F_i_mux.
Inoltre il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è configurato per impartire ai canali d’ingresso CH1.1 , CH2.1 , CH3.1 , CH2.1 , CH2.2, CH2.3, CH3.1, CH3.2, CH3.3 raggi di curvatura diversi del fronte d’onda (ovvero fronti d’onda con divergenza diversa), in cui i valori dei raggi di curvatura (ovvero della divergenza) associati ai diversi canali in uscita dall’elemento ottico diffrattivo 1-1 dipendono dal valore della lunghezza d’onda λ associata al canale considerato.
In altre parole, i canali CH1.1, CH1.2, CH1.3 aventi la prima lunghezza d’onda λι attraversano il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 e sono trasmessi in uscita da esso con un fronte d’onda avente un primo raggio di curvatura Ri.
Analogamente, i canali CH2.1, CH2.2, CH2.3 aventi la seconda lunghezza d’onda A? attraversano il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 e sono trasmessi in uscita da esso con un fronte d’onda avente un secondo raggio di curvatura F1⁄2 (diverso dal primo raggio di curvatura Ri).
Infine i canali CH3.1, CH3.2, CH3.3 aventi la terza lunghezza d’onda attraversano il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 e sono trasmessi in uscita da esso con un fronte d’onda avente un terzo raggio di curvatura R3 (diverso dal primo raggio di curvatura Ri e dal secondo raggio di curvatura R2).
Pertanto il fascio ottico incidente multiplato F_i_mux incide sul primo elemento ottico diffrattivo 1-1, che genera i seguenti fasci ottici in spazio libero:
un primo fascio ottico in spazio libero F01_SL (indicato in Figura 1B con una linea a tratto e punto) che converge nel primo fuoco f1 posizionato alla prima distanza focale d_f1, in cui il primo fascio in spazio libero F01_SL è composto dalla sovrapposizione di tre vortici ottici circolari in spazio libero aventi lunghezza d’onda λι e indici angolari fa, fa, fa ed in cui i tre vortici ottici circolari in spazio libero sono associati ai canali CH1.1 , CH1.2, CH1.3;
un secondo fascio ottico in spazio libero F02_SL (indicato in Figura 1B con una linea tratteggiata) che converge nel secondo fuoco f2 posizionato alla seconda distanza focale d_f2, in cui il secondo fascio ottico in spazio libero F02_SL è composto dalla sovrapposizione di tre vortici ottici circolari in spazio libero aventi lunghezza d’onda A? e indici angolari h, !∑, k ed in cui i tre vortici ottici circolari in spazio libero sono associati ai canali CH2.1, CH2.2, CH2.3;
un terzo fascio ottico in spazio libero F03_SL (indicato in Figura 1B con una linea continua) che converge nel terzo fuoco f3 posizionato alla distanza focale d_f3, in cui il terzo fascio ottico in spazio libero F03_SL è composto dalla sovrapposizione di tre vortici ottici circolari in spazio libero aventi lunghezza d’onda A3e indici angolari h, h, h ed in cui i tre vortici ottici circolari in spazio libero sono associati ai canali CH3.1 , CH3.2, CH3.3.
A partire dalla posizione del primo fuoco f 1 , il fronte d’onda del primo fascio ottico in spazio libero F01_SL diverge ed incide su una prima zona Ai del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito; pertanto i canali CH1.1, CH1.2, CH1.3 aventi la prima lunghezza d’onda λι incidono sulla prima zona Ai del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Analogamente, a partire dalla posizione del secondo fuoco f2, il fronte d’onda del secondo fascio ottico in spazio libero F02_SL diverge ed incide su una seconda zona A2 del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2; pertanto i canali CH2.1, CH2.2, CH2.3 aventi la seconda lunghezza d’onda A? incidono sulla seconda zona A2 del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Infine a partire dalla posizione del terzo fuoco f3, il fronte d’onda del terzo fascio ottico in spazio libero F03_SL diverge ed incide su una terza zona A3 del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2; pertanto i canali CH3.1, CH3.2, CH3.3 aventi la terza lunghezza d’onda A3 incidono sulla terza zona A3 del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Si osservi che il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 agisce solo sul valore del raggio di curvatura del fronte d’onda del fascio ottico incidente multiplato F_i_mux, ovvero il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 non modifica il contenuto degli indici angolari h, /3⁄4h dei modi OAM trasportati dal fascio ottico incidente multiplato F_i_mux.
Vantaggiosamente, il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è realizzato con una lente di Fresnel, che è un elemento ottico che sfrutta la diffrazione per focalizzare un fascio ottico incidente in fuochi aventi posizioni differenti che dipendono dal valore della lunghezza d’onda λ del fascio ottico incidente.
In particolare, la distanza focale d_f della lente di Fresnel 1-1 dipende dalla lunghezza d’onda λ del fascio ottico collimato incidente secondo la seguente formula:
d_f= (λο<*>d_fo)/ λ
in cui d_fo è la distanza focale alla lunghezza d’onda λο per la quale la lente di Fresnel 1-1 è stata dimensionata.
La lente di Fresnel è un elemento ottico a simmetria circolare realizzato con una pluralità di corone circolari concentriche trasparenti rispetto al fascio ottico incidente.
Con il termine "corona circolare” si intende l’insieme di due anelli concentrici, che individuano un’area delimitata dai due anelli.
Una lente di Fresnel è l’equivalente diffrattivo di una lente rifrattiva. Supponendo di trascurare l’assorbimento del materiale, la funzione di trasmissione 3⁄43⁄4 della lente di Fresnel 1-1, in funzione del raggio r dal centro della lente di Fresnel 1-1, è la seguente:
3⁄4» = εχρ(/Ώ^(Γ))
m QUI:
f Λ
QFL(r) = mod
\ )
in cui “mod” è la funzione modulo che fornisce il resto della divisione della fase [(k<*>r<2>)/(2f)] per il valore 2*TT.
Il risultato è il frazionamento della lente in una serie di sezioni circolari concentriche trasparenti (chiamate “anelli di Fresnel”) di spessore limitato, con una riduzione dell’ingombro.
Lo spessore radiale della pluralità di corone circolari è diverso fra due corone circolari adiacenti.
Il raggio rndi ciascuna corona circolare è dato dalla seguente equazione:
^- = 2 πη
in cui n è il numero sequenziale della π-esima corona circolare.
Si ottiene quindi:
r = yj2nÀf
Per valori elevati di n, la differenza tra zone contigue è la seguente: Arn= rn+i- rn= 1⁄2 ^(λ<*>f/n)
il quale decresce con proporzionalità inversa rispetto al raggio.
La Figura 3 mostra una vista dall’alto del primo elemento ottico diffrattivo 1-1 realizzato con una lente di Fresnel.
E’ possibile osservare la presenza di sette corone circolari concentriche, le quali hanno spessori radiali differenti che diminuiscono in funzione del valore crescente del raggio: questo consente di effettuare la dispersione cromatica in un intervallo di valori della lunghezza d’onda λ in cui il materiale (di cui è composto il primo elemento ottico diffrattivo 1-1) è trasparente rispetto ai fasci ottici incidenti.
La Figura 3 mostra inoltre una vista in sezione della lente di Fresnel 1-1, in cui è possibile osservare l’andamento dello spessore del materiale che compone la lente di Fresnel 1-1.
In particolare, lo spessore del materiale di ciascuna corona è multilivello, ovvero assume una pluralità di valori discreti compresi fra un valore sostanzialmente nullo ed un valore massimo.
Ancora più in particolare:
lo spessore della corona più interna ha un valore massimo al centro e poi decresce verso un valore sostanzialmente nullo con andamento decrescente quadraticamente;
lo spessore delle corone esterne rispetto a quella centrale è massimo nella posizione radiale più vicina alla corona più interna e poi decresce verso un valore sostanzialmente nullo con andamento decrescente quadraticamente.
Alternativamente, il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è realizzato con un "axicon”, che è una lente composta da una superficie piana e da una superficie conica, quest’ultima rivolta verso il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
In questo caso l’axicon 1-1 funziona come un prisma a simmetria circolare effettuando la dispersione delle diverse lunghezze d’onda λι, 1⁄2, λ3 e mantenendo al tempo stesso la simmetria circolare della distribuzione dell'intensità luminosa del fascio ottico incidente multiplato F_i_mux: in questo modo viene conservato il suo contenuto degli indici angolari h, h, h dei modi OAM trasportati dal fascio ottico incidente multiplato F_i_mux.
Preferibilmente, una ulteriore lente (non mostrata nelle figure) è interposta fra l’axicon 1-1 ed il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, allo scopo di correggere la fase dei fasci ottici in spazio libero F01_SL, F02_SL, F03_SL incidenti sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Vantaggiosamente, il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è realizzato con una maschera olografica avente la struttura di una superficie composta da una pluralità di locazioni discrete indicate con pixel (ovvero una matrice di pixel), ciascun pixel avente valori continui della fase e deN’ampiezza.
Alternativamente, il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è realizzato con una maschera olografica avente la struttura di una superficie multilivello, ovvero composta da una pluralità di pixel (cioè una matrice di pixel), ciascun pixel avente valori discreti di fase ed ampiezza.
La superficie continua o multilivello può essere realizzata con la tecnica della foto litografi a o della litografia a fascio elettronico su materiali polimerici, come ad esempio PMMA (poli-metil-metacrilato).
Preferibilmente, il disegno della maschera olografica multilivello del primo elemento ottico diffrattivo 1-1 viene calcolato per mezzo di algoritmi di calcolo numerico eseguiti su un calcolatore elettronico.
Verrà discusso in seguito più in particolare il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
La Richiedente ha osservato che i modi OAM hanno la particolare caratteristica di avere una singolarità centrale che si manifesta come una regione di buio attorno alla quale l’intensità luminosa si distribuisce nella forma di anelli concentrici. Pertanto il segnale utile di un modo OAM con un determinato valore dell'indice angolare / e dell’indice radiale p è limitato alla regione dello spazio in cui l’intensità luminosa è diversa da zero.
E’ possibile sfruttare questo andamento dell’intensità luminosa di un modo OAM per progettare il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2. Si considerano solo le zone del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 che vengono illuminate da uno specifico modo OAM considerato, lasciando le rimanenti zone disponibili per manipolare altri modi OAM. Infatti le zone del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 sulle quali incide il modo OAM considerato con intensità luminosa nulla (ovvero la zona centrale e la zona più esterna) sono irrilevanti per il modo OAM considerato e quindi possono essere utilizzate per manipolare altri modi OAM incidenti diversi da quello considerato, senza influenzare il modo OAM considerato.
Pertanto sulle altre zone del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è possibile realizzare ulteriori elementi ottici diffrattivi, ciascuno tale da manipolare differenti modi OAM.
In particolare, il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 comprende una pluralità di zone Ai, A2, ... AN, ciascuna costituente un elemento ottico diffrattivo opportunamente progettato per una specifica lunghezza d’onda λ e funzionante come demultiplatore di modi OAM per detta specifica lunghezza d’onda.
In questo modo è possibile superare il limite funzionale di un elemento ottico diffrattivo che è quello di essere monocromatico, ovvero che garantisce una efficienza di diffrazione ottimale in un intervallo ridotto di lunghezze d’onda centrato attorno ad un valore particolare della lunghezza d’onda λ.
E’ noto infatti che all’esterno di tale intervallo ottimale di lunghezze d’onda gli ordini di diffrazione non sono puri. Parte dell’energia iniziale del singolo modo OAM non viene concentrata in un unico ordine di diffrazione ma viene distribuita su altri ordini. Nel caso di molti modi OAM con diversa lunghezza d’onda incidenti sulla stessa regione del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, l’intensità luminosa di ciascuno di essi viene distribuita su diversi ordini di diffrazione confondendo i segnali trasmessi dai diversi modi OAM e diminuendo il rapporto tra il segnale trasmesso dal singolo modo OAM e il rumore generato dagli altri modi OAM.
Nel caso specifico di modi OAM con indice angolare / diverso da zero (per esempio, 1 ±1, /= 2) e con lunghezza d’onda λ non ottimale che incidano sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, detti modi OAM generano intensità spuria in particolare nell’ordine di diffrazione corrispondente al modo OAM con indice angolare 1 0.
Di conseguenza, diminuisce l’ampiezza del segnale del diagramma di diffrazione fino al punto in cui diventa non più possibile distinguere fra di loro i modi OAM, non consentendo più di effettuare la demultiplazione dei modi OAM.
Secondo l’invenzione, è possibile superare questo inconveniente progettando il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 in modo che funzioni anche in un intervallo ampio di lunghezze d’onda λι, À2 ... ÀN, realizzando il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 con un insieme di singoli elementi ottici diffrattivi, ciascun funzionante in rispettivi intervalli ottimali di lunghezze d’onda portanti differenti.
Si osservi che la pluralità di zone Ai, A2, ... AN possono essere di tipo trasmittente oppure riflettente.
Per semplicità ai fini della spiegazione dell’invenzione si considerano tre zone trasmittenti Ai , A2, A3 associate rispettivamente alle lunghezze d’onda λι, te, te.
In particolare, la Figura 4 mostra una prima zona trasmittente Ai indicata con linee inclinate, una seconda zona trasmittente A2 indicata con un disegno punteggiato ed una terza zona trasmittente A3 indicata con quadretti.
Ciascuna zona trasmittente Ai, A2, A3 è configurata per ricevere un fascio ottico in spazio libero incidente avente una lunghezza d’onda λ diversa ed una pluralità di indici angolari h, h, I3.
Inoltre ciascuna zona trasmittente Ai, A2, A3 (in combinazione con la lente 1-3) è configurata per deviare il fascio ottico incidente in direzioni diverse nello spazio, in funzione dei diversi valori degli indici angolari h, h, te del fascio ottico incidente sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Con il termine “direzione nello spazio” si intende si intende la direzione identificata da un punto di riferimento sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 ed un punto avente tre coordinate nel caso si consideri il dispositivo ottico di demultiplazione 1 posizionato nel sistema di riferimento cartesiano (x, y, z). Alternativamente, la direzione è identificata dal punto di riferimento ed un punto avente due coordinate nel caso si consideri il dispositivo ottico di demultiplazione 1 posizionato in un sistema di riferimento con coordinate cilindriche (p, cp).
Come spiegato in precedenza, la separazione fra le diverse lunghezze d’onda λι, te, h è ottenuta per mezzo del primo elemento ottico diffrattivo 1-1 che effettua una dispersione cromatica del fascio ottico incidente multiplato F_i_mux e quindi il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 è tale da trasmettere fasci ottici in spazio libero F01_SL, F02_SL, F03_SL aventi rispettive lunghezze d’onda diverse λι, te, λ3 rispettivamente verso sezioni trasmittenti diverse Ai, A2, A3 del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
In particolare, l’insieme della prima zona trasmittente Ai e della lente 1 -3 è configurato per:
ricevere il primo fascio ottico in spazio libero F01_SL avente la lunghezza d’onda λι ed avente un fronte d’onda con un primo raggio di curvatura Ri,
trasmettere tre fasci ottici in spazio libero F01.1_SL, F01.2_SL, F01.3_SL orientati in tre direzioni diverse dello spazio nel sistema di riferimento (x, y, z),
in cui:
• il fascio ottico in spazio libero F01.1_SL trasporta il canale CH1.1 avente lunghezza d’onda λι e indice angolare ir,
• il fascio ottico in spazio libero F01.2_SL trasporta il canale CH1.2 avente lunghezza d’onda λι e indice angolare k;
• il fascio ottico in spazio libero F01.3_SL trasporta il canale CH1.3 avente lunghezza d’onda λι e indice angolare I3.
Analogamente, l’insieme della seconda zona trasmittente A2 e della lente 1 -3 è configurato per:
ricevere il secondo fascio ottico in spazio libero F02_SL avente la lunghezza d’onda λ∑ ed avente un fronte d’onda con un secondo raggio di curvatura R2,;
trasmettere tre fasci ottici in spazio libero F02.1_SL, F02.2_SL, F02.3_SL orientati in tre direzioni diverse dello spazio nel sistema di riferimento (x, y, z),
in cui:
• il fascio ottico in spazio libero F02.1_SL trasporta il canale CH2.1 avente lunghezza d’ondare indice angolare ir,
• il fascio ottico in spazio libero F02.2_SL trasporta il canale CH2.2 avente lunghezza d’ondare indice angolare h\
• il fascio ottico in spazio libero F02.3_SL trasporta il canale CH2.3 avente lunghezza d’ondare indice angolare 3⁄4■
Infine l’insieme della terza zona trasmittente A3 e della lente 1-3 è configurato per:
ricevere il terzo fascio ottico in spazio libero F03_SL avente la lunghezza d’onda Àa ed avente un fronte d’onda con un terzo raggio di curvatura Fte,
trasmettere tre fasci ottici in spazio libero F03.1_SL, F03.2_SL, F03.3_SL orientati in tre direzioni diverse dello spazio nel sistema di riferimento (x, y, z),
in cui:
• il fascio ottico in spazio libero F03.1_SL trasporta il canale CH3.1 avente lunghezza d’onda Aje indice angolare h;
• il fascio ottico in spazio libero F03.2_SL trasporta il canale CH3.2 avente lunghezza d’ondare indice angolare h;
• il fascio ottico in spazio libero F03.3_SL trasporta il canale CH3.3 avente lunghezza d’ondare indice angolare I3.
Preferibilmente, il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è realizzato con un elemento ottico avente una simmetria radiale circolare: in questo caso la pluralità di zone trasmittenti Ai, A2, ... AN è realizzata con una corrispondente pluralità di corone circolari concentriche definite da rispettivi raggi π , Γ2, ... ΓΝ.
Con il termine “corona circolare” si intende nuovamente l’insieme di due anelli concentrici, che individuano un’area delimitata dai due anelli.
In particolare, la Figura 4 mostra il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 composto da tre corone circolari concentriche Ai, A2, A3 di tipo trasmittente definite da tre rispettivi raggi π , Γ2, Γ3, in cui la prima corona circolare Ai è la più interna, la terza corona circolare A3 è la più esterna e la seconda corona circolare A2 è interposta fra la corona circolare interna Ai e la corona circolare esterna A3.
Inoltre le tre corone circolari concentriche Ai, A2, A3 sono associate rispettivamente alle lunghezze d’onda λι, te, λ3, ovvero:
la corona circolare interna Ai è associata alla lunghezza d’onda λι; la corona circolare intermedia A2 è associata alla lunghezza d’onda te; la corona circolare esterna A3 è associata alla lunghezza d’onda te. Vantaggiosamente, il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è realizzato con una maschera olografica avente la struttura di una superficie composta da una pluralità di pixel (ovvero una matrice di pixel), ciascun pixel avente valori continui della fase e dell’ampiezza.
Alternativamente, il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è realizzato con una maschera olografica avente la struttura di una superficie multilivello, ovvero composta da una pluralità di pixel (cioè una matrice di pixel), ciascun pixel avente valori discreti di fase ed ampiezza.
La superficie continua 0 multilivello può essere realizzata con la tecnica della foto litografi a 0 della litografia a fascio elettronico su materiali polimerici, come ad esempio PMMA (poli-metil-metacrilato).
Preferibilmente, il disegno della maschera olografica multilivello del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 viene calcolato per mezzo di un algoritmo di calcolo numerico eseguiti su un calcolatore elettronico, che verrà descritto in dettaglio in seguito.
Vantaggiosamente, il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è un elemento ottico operante solamente in fase, ovvero è tale da modificare solo la fase del fascio ottico in spazio libero incidente: in questo modo l’efficienza di diffrazione del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è maggiore rispetto alla sola modulazione di ampiezza, in quanto l’assorbimento del materiale che compone il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è trascurabile.
Preferibilmente, la funzione di trasmissione rdel secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 composto da N corone circolari concentriche è rappresentata in coordinate cilindriche (r, φ ) dalla seguente formula: it=l
in cui:
la funzione di trasmissione della corona circolare i-esima progettata per ricevere fasci ottici con i-esima lunghezza d’onda λι; n è il raggio della i-esima corona circolare avente funzione di trasmissione (la Figura 4 mostra per semplicità tre raggi n, 3⁄4, r3 associati rispettivamente alle corone circolari Ai, A2, A3);
Θ è la funzione di Heaviside così definita;
• ©(JC) =0 per x<0;
• ©(jr) = 1 per x>0.
Il prodotto delle due funzioni di Heaviside ©(r-3⁄4)©(j; -r) assume quindi il valore 1 nell'intervallo < r < η , mentre assume il valore 0 per valori di resterni a tale intervallo.
Il calcolo dei valori della fase della funzione di trasmissione della i-esima corona circolare viene effettuato con un algoritmo numerico iterativo eseguito assumendo in ingresso la i-esima lunghezza d’onda A .
Verrà descritto in seguito detto algoritmo numerico iterativo (indicato con “algoritmo di minimizzazione”), il quale è basato sulla trasformata di Fourier ed è riconducibile ad una versione additivo-adattiva dell’algoritmo di Gerchberg-Saxton.
Ai fini della spiegazione dell’algoritmo di minimizzazione si considera il calcolo della funzione di trasmissione τ di un generico elemento ottico diffrattivo, ma le considerazioni che seguono sono applicabili al calcolo della funzione di trasmissione della i-esima corona circolare che compone il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Inoltre ai fini della spiegazione di detto algoritmo, si considera la demultiplazione dei modi di Laguerre-Gauss, ma più in generale le considerazioni che seguono sono applicabili a qualunque insieme di modi ottici ortogonali.
Si consideri dunque un elemento ottico diffrattivo operante in fase che effettua l’analisi dei modi OAM su una base di funzioni ortonormali {ψρϊ\, che sono in particolare i modi di Laguerre-Gauss identificati da una
coppia di indici (p, I), in cui pè l’indice radiale ed /è l’indice angolare.
La funzione di trasmissione τ in coordinate cilindriche (r, φ ) dell’elemento ottico diffrattivo è la seguente:
= =∑£Λ>, φγ^-**ί (1) pJ
in cui:
[Ppi^pi)<sono>' vettori dei parametri in coordinate polari;
[Ep^\ sono coefficienti complessi aventi valori del modulo correlati alla
risposta dell’elemento ottico diffrattivo rispetto al canale corrispondente al modo OAM avente indice radiale ped angolare /; i valori delle fasi di {i-^Jsono parametri liberi utilizzabili come gradi di
libertà nel processo di ottimizzazione del disegno della funzione di trasmissione t dell’elemento ottico diffrattivo.
I coefficienti sono ricavabili dalla trasformata di Fourier
inversa:
3⁄4 = \ rdr\ d<pe^”\≠(r,<py"·'™^ (2) 0 0
L’algoritmo di minimizzazione per il calcolo del disegno della funzione di trasmissione τ dell’elemento ottico diffrattivo è basato sulla seguente procedura ricorsiva che utilizza le precedenti equazioni (1) e (2) secondo i seguenti passi:
a) viene calcolata la funzione di trasmissione τ per mezzo dell’equazione (1);
b) la fase Ω viene discretizzata in un numero finito di livelli M ;
c) vengono calcolati i valori dei coefficienti {3⁄4} per mezzo della formula (2);
d) i valori dei coefficienti {3⁄4} calcolati nel passo c) vengono sostituiti con i seguenti:
oHp!+(l-a)\
(/?,/)£ W
in cui:
- k è l’indice di iterazione;
- Tp!>0 sono dei numeri predeterminati che caratterizzano la risposta di ciascun modo OAM (solitamente T≠=1);
- W è l’insieme delle coppie di indici radiali p ed angolari / dei modi OAM considerati;
- Q<a<2 è un parametro adattivo o di rilassamento che controlla la convergenza dell’algoritmo.
e) i passi a)-d) sono ripetuti assumendo l’uscita {^Γ} del passo d) come coefficienti di ingresso da introdurre al passo a) nella decomposizione della funzione di trasmissione rdell’elemento ottico diffrattivo espressa come indicato nell’equazione (1).
I passi a)- e) vengono ripetuti fino alla convergenza dell’algoritmo,
che può essere controllata con diversi parametri, in particolare per mezzo
del seguente coefficiente d’errore ε:
Si osserva che il coefficiente d’errore ε decresce all’aumentare
dell’indice di iterazione k.
Lo stadio dell’algoritmo di minimizzazione nel quale si opera la discretizzazione della fase in M livelli dipende dalla precisione del processo di fabbricazione dell’elemento ottico diffrattivo.
Vantaggiosamente, la fase Ω viene discretizzata in un numero finito di livelli M>2.
In particolare, si consideri una determinata lunghezza d’onda l e si consideri un elemento ottico diffrattivo in aria costituito da un materiale con indice di rifrazione η(λ) che dipende dalla lunghezza d’onda 1.
In queste ipotesi lo spessore dk del k-esimo livello dell’elemento ottico diffrattivo sarà il seguente:
d±_?_(3)
M n(A)-l
Verrà descritto in seguito come realizzare il disegno (indicato in inglese con “pattern”) di ciascuna corona circolare Ai, A2, A3 del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 allo scopo di ottenere sullo schermo CCD 5 una posizione predefinita degli spot luminosi associati ai diversi modi OAM aventi indice angolare li, I2, I3.
Innanzitutto si supponga di illuminare una corona circolare (associata ad un particolare valore della lunghezza d’onda λ) del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 con il seguente fascio ottico F composto dalla sovrapposizione di diversi modi OAM {y/m} con contributo {CinJ :
<=>(<4>)
in cui (x,y) sono le coordinate cartesiane.
Il fascio ottico Q uscente dalla corona circolare considerata del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è calcolato mediante la trasformata di Fourier del prodotto del fascio ottico incidente F(x,y) e della funzione di trasmissione ^dell'elemento ottico diffrativo definita dall’equazione (1).
In coordinate cartesiane (x,y) il fascio ottico uscente Q è il seguente:
Q oc J dxj dyF(x,y)r(x,y)exp
— » — » -ij(wc vy)
<=>∑∑∑∑<c>™J<dx>f<d>y¥™<ix>' y )ψΡ<*>(<χ>> y)<ex>P [*<'>(<■ α>≠<χ>+ β≠><'>)]<ex>P —i — ^ux+vy)
= ∑∑∑∑<C>™A// —
f
(5)
in cui:
{u, v) sono le coordinate cartesiane sullo schermo CCD 5;
- (x, y ) sono le coordinate cartesiane sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2;
(αρ!,βρ!) sono i parametri (ppl,&p!) espressi in coordinate cartesiane.
L’ultima approssimazione nell’equazione (5) si basa sul fatto di trascurare i termini oscillanti per p≠ n, l≠ m: questo è tanto più corretto quanto la separazione spaziale fra i diversi modi OAM è grande.
La presenza nel fascio ottico F(x,y) (incidente sulla corona circolare considerata del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2) di un determinato modo OAM avente indice radiale p ed angolare / si traduce sullo schermo CCD 5 nella formazione di uno spot luminoso collimato avente una intensità proporzionale a (|C/j;<2>) che è determinata quindi dal contributo
Cpldel modo OAM stesso.
La posizione sullo schermo CCD 5 dei diversi spot luminosi associati ai diversi modi OAM può essere controllata in anticipo definendo per ciascun modo OAM avente indice radiale p e angolare / i parametri (ρρ!, ΰρί) precedentemente introdotti nel calcolo della funzione di
trasmissione rdel secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Si consideri che la lente 1-3 (utilizzata per costruire gli spot luminosi sullo schermo CCD 5) abbia una distanza focale f e sia posizionata ad una distanza uguale alla distanza focale f sia dal secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, sia dallo schermo CCD 5 (queste posizioni sono indicate anche con “configurazione f-f).
Si consideri inoltre che la radiazione incidente sulla corona circolare considerata del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 sia un modo OAM avente una lunghezza d’onda λ ed avente indice radiale p ed indice angolare /, quindi ha parametri {ppl,&≠) (si veda l’equazione (1) ).
Lo spot luminoso di detto modo OAM comparirà sullo schermo CCD 5 nella seguente posizione {r≠,<p≠) espressa in coordinate polari:
_ Àf
<Γρ1 ~>2π<Ρρ1>
Ψ≠ = β,,
La posizione (uP!, vpi) di detto modo OAM può essere equivalentemente espressa in coordinate cartesiane {α≠,β≠):
(<u>pn<v>Pi) = ^ (<a>Pi^Pi)
dove {α≠,β≠)$Όηο i parametri (pp!,Pp!) espressi in coordinate cartesiane.
Si consideri ad esempio /= 1 cm, i=1530 nm, [apl, fipl)={m≠a,npla) ,
in cui rupi, nP!sono valori interi ed a è un parametro di reticolo sulla corona considerata del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Allora i diversi modi OAM sono distribuiti sullo schermo CCD 5 in un array avente il seguente parametro reticolare:
. lf
a = — —a
2π
Ad esempio a= 2500 cm<1>, allora risulta a<'>= 0.6 mm.
Si consideri che il diametro degli spot luminosi dei modi OAM sia dell’ordine di 50 μιτι (micro metri).
Il valore massimo della divergenza angolare OMAX che si può ottenere per un determinato modo OAM (calcolata rispetto alla direzione perpendicolare al piano definito dalla superficie del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2) dipende dalla minima dimensione dei pixel che formano la struttura del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Si consideri per semplicità che tutti i pixel siano un quadrato avente lato di dimensione L; in questo caso il valore massimo della divergenza angolare a è quello a cui corrisponde una periodicità sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 uguale alla dimensione di due pixel, come indicato dalla seguente formula:
2π π
<a>MAX ~<~>ZT ~<~>T
Le precedenti considerazioni si basano sull’approssimazione in regime scalare della diffrazione della radiazione elettromagnetica; affinché questa approssimazione sia valida, la dimensione L del lato dei pixel della matrice multilivello del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è maggiore di almeno circa cinque volte la lunghezza d’onda, ovvero L > 5λ.
Preferibilmente, il valore della dimensione L del lato dei pixel della matrice multilivello del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è compresa fra cinque volte e dieci volte il valore della lunghezza d’onda considerata λ, ovvero 5λ< L < 10λ.
Considerando ad esempio L= 5 μιτπ, che la lente 1-3 abbia una distanza focale f= 1 cm e considerando modi OAM aventi una sola lunghezza d’onda i=1530 nm, si ottiene che il valore massimo della divergenza angolare a<’>mx (calcolata rispetto al centro dell’immagine formata sullo schermo CCD 5) è uguale alla seguente formula:
a<*>mx= — — = 1.53 rmn
Le precedenti considerazioni permettono quindi di progettare il disegno di ciascuna corona circolare del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 sulla base di una predefinita disposizione degli spot luminosi corrispondenti ai diversi modi OAM con indici angolari h, h, k o ad altri gradi di libertà (ad esempio l’indice radiale p).
Nei sistemi di multiplazione a divisione di lunghezza d’onda a grana grossa (CWDM) la separazione tra le lunghezze d’onda portanti dei canali è dell’ordine dei 20 nm.
La dimensione dello spot luminoso sullo schermo CCD 5 è controllata dalla dimensione D del fascio ottico F incidente e dalla distanza focale ideila lente 1-3.
In prima approssimazione il diametro d dello spot luminoso dipende dalla distanza focale ideila lente 1-3, dalla lunghezza d’onda λ del fascio incidente F e dalla dimensione D del fascio incidente F secondo la seguente formula:
π D
Considerando ad esempio che la distanza focale i deila lente 1-3 sia i= 1 cm e che il valore della lunghezza d’onda è 21=1530 nm, si ottiene che il valore del diametro d degli spot luminosi è d= 20.000/ D, con D espresso in micrometri.
Considerando inoltre un valore della dimensione del fascio ottico incidente D= 500 μιτι, si ottiene che il valore del diametro degli spot luminosi sullo schermo CCD 5 è d= 40 μιτι.
E’ possibile ridurre ulteriormente il valore del diametro d degli spot luminosi aumentando il valore della dimensione D del fascio ottico incidente e/o diminuendo il valore della distanza focale f della lente 1-3 utilizzata per generare l’immagine sullo schermo CCD 5.
Alternativamente, il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 può essere realizzato con una struttura a matrice.
Nel caso in cui il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 sia realizzato con una lente di Fresnel ed il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 sia realizzato con una pluralità di corone circolari concentriche, l’asse della lente di Fresnel (ovvero l’asse che passa lungo il centro delle corone circolari concentriche) è allineato all’asse della pluralità di corone circolari concentriche del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 lungo l’asse di propagazione z, owero il centro della lente di Fresnel è posizionato sull’asse z ed anche il centro della pluralità di corone circolari concentriche è posizionato sull’asse z; inoltre le corone circolari concentriche della lente di Fresnel 1-1 e le corone circolari concentriche del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 sono orientate come il piano cartesiano (x, y).
Analoghe considerazioni possono essere fatte nel caso in cui il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 sia realizzato con un axicon, ovvero l’axicon ha un asse allineato a quello del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 lungo l’asse di propagazione z; inoltre la superficie piana dell’axicon è orientata come le corone circolari concentriche del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, nel piano cartesiano (x, y).
Alternativamente, il secondo elemento ottico rifrattivo 1-2 è realizzato con una matrice di pixel di cristalli liquidi controllati elettronicamente.
In questo caso la variazione di fase o ampiezza impartita al fascio ottico incidente sul singolo pixel è proporzionale alla differenza di potenziale a cui è sottoposto lo strato di cristalli liquidi: questo può essere ottenuto con i modulatori spaziali di luce (“spatial light modulator”), che possono essere di tipo trasmittente o riflettente.
Sarà ora descritto come dimensionare la distanza reciproca fra il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 ed il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2, nell’ipotesi in cui il primo elemento ottico diffrattivo 1-1 sia realizzato con una lente di Fresnel.
Si consideri un piano perpendicolare alla direzione di propagazione di un vortice ottico circolare uscente dalla lente di Fresnel 1-1 ed incidente sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Si definisce con FU il raggio (su detto piano perpendicolare) in cui è massimo il valore dell'intensità luminosa con distribuzione circolare del vortice ottico circolare (uscente dalla lente di Fresnel 1-1 ed incidente su 1-2) in funzione della lunghezza d’onda λ.
Si definisce inoltre con larghezza Δι-Ja differenza fra i valori dei raggi (su detto piano perpendicolare) RA,I e FU, 2 in cui l’intensità luminosa di detto vortice ottico circolare (uscente dalla lente di Fresnel 1-1 ed incidente su 1-2) è uguale ad una frazione del valore massimo dell'intensità luminosa (per esempio, la metà del valore massimo dell’intensità luminosa).
Il criterio per dimensionare la distanza reciproca d_z fra la lente di Fresnel 1-1 ed il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è che la variazione dell’aumento del valore di detto raggio FU sia maggiore di detta larghezza ArÀ, così da evitare sovrapposizione tra i modi OAM con diversa lunghezza d’onda sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
dR Indicando detta variazione come il prodotto fra la derivata — - e la dX variazione della lunghezza d’onda AX fra lunghezze d’onda contigue, detto criterio di dimensionamento si può esprimere con la seguente formula:
dRx.
Ar, < — -AÀ
<À>dÀ
Il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 può essere alternativamente un elemento ottico operante solamente in ampiezza, ovvero è tale da modificare solo l’ampiezza della componente trasversale del campo elettrico Et (e magnetico Ht) del fascio ottico in spazio libero incidente, senza modificare il termine di fase.
Preferibilmente, il dispositivo ottico di demultiplazione 1 è configurato per effettuare ulteriormente la demultiplazione di polarizzazione.
In questo caso, il fascio ottico incidente multiplato F_i_mux trasporta una pluralità di canali aventi valori diversi {h, h ... IMJ dell’indice angolare /, aventi valori diversi {Ai, A2 ... AN} della lunghezza d’onda A ed aventi stati di polarizzazione ortogonali. In particolare, nel caso di ricezione di vortici ottici circolari (ad esempio uscenti da una fibra ottica), essi hanno polarizzazione circolare destro-gira oppure levo-gira.
Pertanto è possibile associare, ad un valore dell’indice angolare le ad un valore della lunghezza d’onda λ, due canali separati aventi polarizzazione destro-gira o levo-gira.
Il dispositivo ottico di demultiplazione 1 comprende ulteriormente una lamina a quarto d’onda (non mostrata nelle figure) avente la funzione effettuare la conversione del fascio ottico incidente che trasporta due canali con polarizzazione circolare (destra o sinistra) in un fascio ottico d’uscita che trasporta due canali aventi polarizzazioni lineari ortogonali; successivamente, i due canali con polarizzazioni lineari ortogonali vengono separati per mezzo di un divisore di fascio polarizzatore (“polarizing beam splitter”) o con un prisma polarizzatore (“beam dispiacer prism”), posizionati in cascata alla lamina a quarto d’onda.
La lamina a quarto d’onda può essere posizionata sia prima del primo elemento ottico diffrattivo 1-1, sia dopo il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
In quest’ultimo caso, detta lamina a quarto d’onda è configurata per ricevere in ingresso la pluralità di fasci ottici d’uscita demultiplati F_o_dmx, ovvero i fasci ottici in spazio libero F01.1_SL, F01.2_SL, F01.3_SL, F02.1 SL, F02.2 SL, F02.3_SL, F03.1_SL, F03.2_SL, F03.3_SL trasmessi dalla lente 1-3; per ciascuno di essi, la lamina a quarto d’onda è configurata per generare un fascio ottico d’uscita che trasporta due canali aventi polarizzazioni lineari ortogonali.
Per esempio, la lamina a quarto d’onda riceve il fascio ottico in spazio libero F01.1_SL che è la sovrapposizione di due fasci aventi polarizzazione circolare levo-gira e destro-gira e genera da essi il fascio ottico in spazio libero F01.1_o_SL avente polarizzazione orizzontale ed il fascio ottico in spazio libero F01.1_v_SL avente polarizzazione verticale; pertanto il fascio ottico in spazio libero F01.1_o_SL ha indice angolare h, lunghezza d’onda Ài e polarizzazione orizzontale, mentre il fascio ottico in spazio libero F01.1_v_SL ha indice angolare h, lunghezza d’onda λι e polarizzazione verticale.
Le precedenti considerazioni precedenti relative alla lamina a quarto d’onda ed al fascio ottico in spazio libero F01.1_SL sono applicabili in modo analogo agli altri fasci ottici in spazio libero F01.2_SL, F01.3_SL, F02.1 SL, F02.2 SL, F02.3_SL, F03.1_SL, F03.2_SL, F03.3_SL.
Con riferimento alla Figura 2, viene mostrata una vista in prospettiva di un sistema di comunicazione ottico 50 secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione.
Il sistema di comunicazione ottico 50 comprende:
il dispositivo ottico di demultiplazione 1 illustrato in precedenza; una fibra ottica multimodale 4 avente una faccetta d’uscita accoppiata all’ingresso del dispositivo ottico di demultiplazione 1;
un foto- rivelatore 5 che effettua una conversione ottica-elettrica e che è accoppiato all’uscita del dispositivo ottico di demultiplazione 1.
Il foto-rivelatore 5 è ad esempio uno schermo di tipo CCD.
In questo caso quindi il fascio ottico multiplato F_i_mux incidente sul dispositivo ottico di demultiplazione 1 (e quindi incidente sul primo elemento ottico diffrattivo 1-1) è un fascio ottico multiplato guidato che si propaga sulla fibra ottica 4.
Il fascio ottico multiplato guidato F_i_mux trasporta nove canali CH1.1 , CH2.1 , CH3.1 , CH2.1 , CH2.2, CH2.3, CH3.1 , CH3.2, CH3.3 aventi diversa lunghezza d’onda λ e diverso momento angolare orbitale, quindi i nove canali CH1.1, CH2.1, CH3.1, CH2.1, CH2.2, CH2.3, CH3.1, CH3.2, CH3.3 vengono demultiplati per mezzo del dispositivo ottico di demultiplazione 1 come spiegato in precedenza, infine i nove canali demultiplati vengono rilevati per mezzo del foto- rive lato re 5.
In particolare:
il fascio ottico in spazio libero F01.1_SL (che trasporta il canale CH1.1 avente lunghezza d’onda λι e indice angolare li) incide in un punto P1.1 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S1.1 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F01.1_SL;
il fascio ottico in spazio libero F01.2_SL (che trasporta il canale CH1.2 avente lunghezza d’onda λι e indice angolare h ) incide in un punto P1.2 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S1.2 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F01.2_SL;
il fascio ottico in spazio libero F01.3_SL (che trasporta il canale CH1.3 avente lunghezza d’onda λι e indice angolare fe) incide in un punto P1.3 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S1.3 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F01.3_SL;
il fascio ottico in spazio libero F02.1_SL (che trasporta il canale CH2.1 avente lunghezza d’onda λ∑ e indice angolare h) incide in un punto P2.1 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S2.1 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F02.1_SL;
il fascio ottico in spazio libero F02.2_SL (che trasporta il canale CH2.2 avente lunghezza d’onda À∑ e indice angolare h) incide in un punto P2.2 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S2.2 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F02.2_SL;
il fascio ottico in spazio libero F02.3_SL (che trasporta il canale CH2.3 avente lunghezza d’onda À∑ e indice angolare fe) incide in un punto P2.3 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S2.3 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F02.3_SL;
il fascio ottico in spazio libero F03.1_SL (che trasporta il canale CH3.1 avente lunghezza d’onda A 3 e indice angolare li) incide in un punto P3.1 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S3.1 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F03.1_SL;
il fascio ottico in spazio libero F03.2_SL (che trasporta il canale CH3.2 avente lunghezza d’onda A3e indice angolare h) incide in un punto P3.2 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S3.2 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F03.2_SL;
il fascio ottico in spazio libero F03.3_SL (che trasporta il canale CH3.3 avente lunghezza d’onda A3 e indice angolare h) incide in un punto P3.3 sulla superficie di rilevazione del sensore ottico-elettrico 5 generando uno spot di far-field, viene effettuata la conversione otticoelettrica e viene generato un segnale elettrico S3.3 proporzionale alla intensità del fascio ottico in spazio libero incidente F03.3_SL.
Con riferimento alla Figura 5A, viene mostrata una vista in prospettiva di un dispositivo ottico 10 di multiplazione di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda e diverso momento angolare orbitale.
Il dispositivo ottico di multiplazione 10 comprende elementi ottici miniaturizzabili mediante tecniche di micro e nano-fabbricazione.
Il dispositivo ottico di multiplazione 10 è un trasmettitore ottico che ha la funzione di ricevere una pluralità di fasci ottici incidenti, ciascuno associato ad un canale ed avente un valore della lunghezza d’onda A; detta pluralità di fasci ottici incidenti è generata ad esempio da una rispettiva pluralità di sorgenti laser 15-1, 15-2, ..., come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella descrizione della Figura 5B.
Il dispositivo ottico di multiplazione 10 ha inoltre la funzione di effettuare la multiplazione della pluralità di fasci ottici incidenti in un fascio ottico d’uscita multiplato F_o_mux che trasporta una pluralità di canali multiplati aventi valori diversi {λι, À2 ... ÀN} della lunghezza d’onda λ e valori diversi {h, h ... IM} dell’indice angolare /, in cui il numero della pluralità di fasci ottici incidenti sul dispositivo ottico di multiplazione 10 è uguale al numero della pluralità di canali multiplati.
Il fascio ottico d’uscita multiplato F_o_mux può essere un fascio ottico che si propaga in spazio libero; in questo caso i canali multiplati sono vortici ottici circolari in spazio libero aventi diversa lunghezza d’onda λ e diverso momento angolare orbitale.
Alternativamente, il fascio ottico d’uscita multiplato F_o_mux può essere accoppiato alla faccetta d’ingresso di una fibra ottica multimodale ed eccita una pluralità di modi OAM guidati che si propagano sulla fibra ottica, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella descrizione della Figura 6.
Ai fini della spiegazione dell’invenzione nelle Figure 5A-5C si considerano per semplicità sei fasci ottici F1.1J, F1.2J, F2.1J, F2.2J, F3.1J, F3.2J incidenti sul dispositivo ottico di multiplazione 10, il quale genera i seguenti sei canali multiplati aventi tre diverse lunghezze d’onda λι, λ∑, Aee due diversi indici angolari h, h:
primo canale CH1_1 avente lunghezza d’onda Ài e indice angolare h; secondo canale CH1_2 avente lunghezza d’onda λι e indice angolare fe;
terzo canale CH2_1 avente lunghezza d’onda Λ? e indice angolare h; quarto canale CH2_2 avente lunghezza d’onda À2 e indice angolare h\ quinto canale CH3_1 avente lunghezza d’onda À3 e indice angolare h; sesto canale CH3_2 avente lunghezza d’onda À3 e indice angolare h.
In questo caso, il dispositivo ottico di multiplazione 10 comprende: - sei axicon 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6;
sei lenti convergenti 12-7, 12-8, 12-9, 12-10, 12-11, 12-12;
un terzo elemento ottico diffrattivo 11-1.
I sei axicon 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6 hanno la funzione di trasformare i sei fasci ottici incidenti di tipo gaussiano F1.1J, F1.2J, F2.1J, F2.2J, F3.1J, F3.2J in sei rispettivi fasci ottici trasmessi in spazio libero F1.1_SI_, F1.2_SI_, F2.1_SL, F2.2_SL, F3.1_SL, F3.2_SL aventi fronti d’onda con distribuzione circolare dell’intensità luminosa sul piano perpendicolare alla direzione di propagazione.
Le sei lenti convergenti 12-7, 12-8, 12-9, 12-10, 12-11, 12-12 hanno la funzione di collimare i sei fasci ottici incidenti in spazio libero F1.1_SL, F1.2_SL, F2.1_SL, F2.2_SL, F3.1_SL, F3.2_SL in rispettivi sei fasci ottici collimati in spazio libero F1.1_CL, F1.2_CL, F2.1_CL, F2.2_CL, F3.1_CL, F3.2_CL, i quali hanno diversa direzione di propagazione nello spazio che dipende dai diversi valori fÀ ι, λ∑, λ∑} della lunghezza d’onda λ e dai diversi valori fh, fe/ dell'indice angolare.
II terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 ha la funzione di trasformare i sei fasci ottici collimati in spazio libero F1.1_CL, F1.2_CL, F2.1_CL, F2.2_CL, F3.1_CL, F3.2_CL incidenti su di esso con direzione diversa nello spazio in rispettivi sei vortici ottici circolari in spazio libero (ovvero in sei modi OAM) aventi indici angolari fh, !∑} e lunghezza d’onda fh, λ∑, Àa}, in funzione della diversa direzione di incidenza sul terzo elemento ottico diffrattivo 11-1: in questo modo viene effettuata la multiplazione della pluralità di modi OAM aventi diversi indici angolari fh, h }.
In altre parole, il terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 ha la funzione di impartire un determinato valore dell’indice angolare / ai fasci ottici incidenti su di esso in funzione della direzione di incidenza nello spazio, generando così gli opportuni modi OAM.
Il funzionamento e la realizzazione del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 sono analoghe a quello del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 del dispositivo ottico di demultiplazione 1 illustrato in precedenza, con la differenza che il terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 è utilizzato in modo duale rispetto al secondo elemento ottico diffrattivo 1-2.
Il terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 comprende tre zone An, A12, Ai3, ciascuna costituente un elemento ottico diffrattivo opportunamente progettato per una rispettiva specifica lunghezza d’onda λι, λ2, λ3 e funzionante come multiplatore di modi OAM per detta specifica lunghezza d’onda.
Le tre zone An, A12, A13 possono essere di tipo trasmittente oppure di tipo riflettente.
Ciascuna zona An , A12, A13 è configurata per ricevere due fasci ottici in spazio libero con fronte d’onda circolare aventi la stessa lunghezza d’onda λ ed aventi direzioni differenti nello spazio ed è configurata per generare due vortici ottici circolari in spazio libero aventi rispettivamente indice angolare h ed h, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito.
Preferibilmente, le tre zone An, A12, A13 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 sono tre corone circolari concentriche An, A12, A13 di tipo trasmittente oppure di tipo riflettente.
Si osservi che ai fini della spiegazione dell’invenzione la Figura 5A mostra sei axicon, ma più in generale è possibile utilizzare una pluralità N x M di axicon maggiore 0 uguale a quattro, in cui N è il numero delle lunghezze d’onda ed M è il numero dei modi OAM identificati da M rispettivi valori degli indici angolari h, /3⁄4... IM.
Analogamente, ai fini della spiegazione dell’invenzione sono stati considerati tre valori {λι, λ∑, Às} della lunghezza d’onda portante, ma più in generale è possibile utilizzare un numero N di lunghezze d’onda portanti maggiore 0 uguale a due.
Con riferimento più in particolare alla Figura 5A, i sei axicon 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6 sono organizzati in tre gruppi associati rispettivamente ai tre valori λι, λ∑, λβ della lunghezza d’onda λ, ovvero: un primo gruppo di axicon è composto dagli axicon 12-1, 12-2 associati alla lunghezza d’onda λι\
un secondo gruppo di axicon è composto dagli axicon 12-3, 12-4 associati alla lunghezza d’onda A?;
un terzo gruppo di axicon è composto dagli axicon 12-5, 12-6 associati alla lunghezza d’onda A3.
Inoltre ciascun gruppo comprende un numero di axicon uguale al numero dei diversi valori del momento angolare orbitale (e quindi dell'indice angolare I) dei modi OAM da generare.
Pertanto nell’esempio considerato di Figura 5A, ciascun gruppo comprende due axicon in quanto il dispositivo ottico di multiplazione 10 è tale da generare due modi OAM con due diversi valori del momento angolare orbitale (e quindi due diversi valori h, h dell’indice angolare I).
L’insieme del primo axicon 12-1 e della prima lente 12-7 è configurato per ricevere il fascio ottico incidente F1.1J avente lunghezza d’onda Ai e per generare il fascio ottico collimato in spazio libero F1.1_CL (indicato in Figura 5A con una linea a tratto e punto) avente una distribuzione circolare dell’intensità luminosa ed avente una prima direzione di propagazione nello spazio che dipende dal valore della lunghezza d’onda Ai e dal valore dell’indice angolare h, in modo che il fascio ottico collimato in spazio libero F1.1_CL sia incidente su una prima corona circolare A11 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1.
Analogamente:
l’insieme del secondo axicon 12-2 e della seconda lente 12-8 è configurato per ricevere il fascio ottico incidente F1.2J avente lunghezza d’onda Ai e per generare il fascio ottico collimato in spazio libero F1.2_CL (indicato in Figura 5A sempre con una linea a tratto e punto) avente una distribuzione circolare dell’intensità luminosa ed avente una seconda direzione di propagazione nello spazio che dipende dal valore della lunghezza d’onda Ai e dal valore dell’indice angolare h, in modo che il fascio ottico collimato in spazio libero F1.2_SL sia incidente sulla prima corona circolare A11 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1;
l’insieme del terzo axicon 12-3 e della terza lente 12-9 è configurato per ricevere il fascio ottico incidente F2.1J avente lunghezza d’onda A∑ e per generare il fascio ottico collimato in spazio libero F2.1_CL (indicato in Figura 5A con una linea tratteggiata) avente una distribuzione circolare dell’intensità luminosa ed avente una terza direzione di propagazione nello spazio che dipende dal valore della lunghezza d’onda λ∑ e dal valore dell’indice angolare h, in modo che il fascio ottico collimato in spazio libero F2.1_CL sia incidente su una seconda corona circolare A12 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1;
l’insieme del quarto axicon 12-4 e della quarta lente 12-10 è configurato per ricevere il fascio ottico incidente F2.2J avente lunghezza d’onda A∑e per generare il fascio ottico collimato in spazio libero F2.2_CL (indicato in Figura 5A sempre con una linea tratteggiata) avente una distribuzione circolare dell’intensità luminosa ed avente una quarta direzione di propagazione nello spazio che dipende dal valore della lunghezza d’onda À2 e dal valore dell’indice angolare h, in modo che il fascio ottico collimato in spazio libero F2.2_CL sia incidente sulla seconda corona circolare A12 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1;
l’insieme del quinto axicon 12-5 e della quinta lente 12-11 è configurato per ricevere il fascio ottico incidente F3.1J avente lunghezza d’onda À3 e per generare il fascio ottico collimato in spazio libero F3.1_CL (indicato in Figura 5A con una linea continua) avente una distribuzione circolare dell’intensità luminosa ed avente una quinta direzione di propagazione nello spazio che dipende dal valore della lunghezza d’onda λβ e dal valore dell’indice angolare h, in modo che il fascio ottico collimato in spazio libero F3.1_CL sia incidente su una terza corona circolare A13 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1;
l’insieme del sesto axicon 12-6 e della sesta lente 12-12 è configurato per ricevere il fascio ottico incidente F3.2J avente lunghezza d’onda Às e per generare il fascio ottico collimato in spazio libero F3.2_CL (indicato in Figura 5A sempre con una linea continua) avente una distribuzione circolare dell’intensità luminosa ed avente una sesta direzione di propagazione nello spazio che dipende dal valore della lunghezza d’onda À3 e dal valore dell’indice angolare h, in modo che il fascio ottico collimato in spazio libero F3.1_CL sia incidente sulla terza corona circolare A13 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1.
Il terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 comprende:
la prima corona circolare A11 più interna che è tale da ricevere i fasci ottici collimati in spazio libero F1.1_CL, F1.2_CL aventi la stessa prima lunghezza d’onda λι e due diverse direzioni di propagazione incidenti;
la terza corona circolare A13 più esterna che è tale da ricevere i fasci ottici collimati in spazio libero F3.1_CL, F3.2_CL aventi la stessa terza lunghezza d’onda λ3 e due diverse direzioni di propagazione incidenti;
la seconda corona circolare A12 intermedia compresa fra la prima corona circolare A11 interna e la terza corona circolare A13 esterna, in cui la seconda corona circolare A12 è tale da ricevere i fasci ottici collimati in spazio libero F2.1_CL, F2.2_CL aventi la stessa seconda lunghezza d’onda te e due diverse direzioni di propagazione incidenti.
Ciascuna delle tre corone circolari An, Ai2, A13 del terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 è un elemento ottico diffrattivo di tipo trasmittente opportunamente progettato per una rispettiva specifica lunghezza d’onda λι , λ2, À3e funzionante come multiplatore di modi OAM per detta specifica lunghezza d’onda.
In particolare:
la prima corona circolare A11 è configurata per ricevere i due fasci ottici collimati in spazio libero F1.1_CL, F1.2_CL aventi la stessa prima lunghezza d’onda λι ed aventi due diverse direzioni di incidenza nello spazio, ed è configurata per generare:
• un vortice ottico circolare in spazio libero multiplato F1.1_MUX_SL (indicato in Figura 5A con una linea a tratto e punto) avente lunghezza d’onda λι ed indice angolare h associato alla prima delle due direzioni di incidenza;
• un ulteriore vortice ottico circolare in spazio libero multiplato F1.2_MUX_SL (indicato in Figura 5A sempre con una linea a tratto e punto) avente lunghezza d’onda λι ed indice angolare h associato alla seconda delle due direzioni di incidenza;
la seconda corona circolare A12 è configurata per ricevere i due fasci ottici collimati in spazio libero F2.1_CL, F2.2_CL aventi la stessa seconda lunghezza d’onda λ2 ed aventi due diverse direzioni di incidenza nello spazio, ed è configurata per generare:
• un vortice ottico circolare in spazio libero multiplato F2.1_MUX_SL (indicato in Figura 5A con una linea tratteggiata) avente lunghezza d’onda X2 ed indice angolare h associato alla prima delle due direzioni di incidenza;
• un ulteriore vortice ottico circolare in spazio libero multiplato F2.2_MUX_SL (indicato in Figura 5A sempre con una linea tratteggiata) avente lunghezza d’onda X2 ed indice angolare h associato alla seconda delle due direzioni di incidenza;
la terza corona circolare A13 è configurata per ricevere i due fasci ottici collimati in spazio libero F3.1_CL, F3.2_CL aventi la stessa terza lunghezza d’onda Xz ed aventi due diverse direzioni di incidenza nello spazio, ed è configurata per generare:
• un vortice ottico circolare in spazio libero multiplato F3.1_MUX_SL (indicato in Figura 5A con una linea continua) avente lunghezza d’onda λ3 ed indice angolare h associato alla prima delle due direzioni di incidenza;
• un ulteriore vortice ottico circolare in spazio libero multiplato F3.2_MUX_SL (indicato in Figura 5A sempre con una linea continua) avente lunghezza d’onda X3 ed indice angolare h associato alla seconda delle due direzioni di incidenza.
Con riferimento alla Figura 5B, viene mostrata una vista dall’alto del dispositivo ottico di multiplazione 10.
E’ possibile osservare che i sei axicon 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6 e le rispettive sei lenti 12-7, 12-8, 12-9, 12-10, 12-11, 12-12 sono disposti radialmente attorno al terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 lungo una circonferenza C concentrica ad esso (indicata con una linea tratteggiata).
La Figura 5B mostra inoltre sei sorgenti laser 15-1, 15-2, 15-3, 15-4, 15-5, 15-6, in cui:
la prima sorgente laser 15-1 è tale da generare il fascio ottico gaussiano F1.1J (λι) incidente sul primo axicon 12-1 ed avente lunghezza d’onda λι;
la seconda sorgente laser 15-2 è tale da generare il fascio ottico gaussiano F1.2J (λι) incidente sul secondo axicon 12-2 ed avente lunghezza d’onda λι;
la terza sorgente laser 15-3 è tale da generare il fascio ottico gaussiano F2.1J (te) incidente sul terzo axicon 12-3 ed avente lunghezza d’onda λ2;
la quarta sorgente laser 15-4 è tale da generare il fascio ottico gaussiano F2.2J (À2) incidente sul quarto axicon 12-4 ed avente lunghezza d’onda λ2;
la quinta sorgente laser 15-5 è tale da generare il fascio ottico gaussiano F3.1J (te) incidente sul quinto axicon 12-5 ed avente lunghezza d’onda te;
la sesta sorgente laser 15-6 è tale da generare il fascio ottico gaussiano F3.2J (te) incidente sul sesto axicon 12-6 ed avente lunghezza d’onda λ3.
Le sorgenti laser 15-1, 15-2, 15-3, 15-4, 15-5, 15-6 sono accoppiate rispettivamente con gli axicon 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6 per mezzo di rispettivi segmenti di fibra ottica o tratti di guida fotonica 17-1, 17-2, 17-3, 17-4, 17-5, 17-6.
Più in generale, nel caso di una multiplazione di una pluralità M di modi OAM aventi indici angolari h, h, ... IM, ciascun modo OAM avente N lunghezze d’onda λι, À2 ... ÀN, il dispositivo ottico di multiplazione 10 comprende una pluralità M x N di axicon (e rispettive lenti) disposti radialmente attorno al terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 lungo la circonferenza C concentrica ad esso.
Con riferimento alla Figura 5C, viene mostrata una vista in sezione del dispositivo ottico di multiplazione 10 lungo la linea A-A di Figura 5B.
E’ possibile osservare la presenza di:
la sorgente laser 15-4 accoppiata con l’axicon 12-4 per mezzo di un segmento di fibra ottica 17-4 e di una lente convergente 16-4;
la sorgente laser 15-1 accoppiata con l’axicon 12-1 per mezzo di un segmento di fibra ottica 17-1 e di una lente convergente 16-1.
Vantaggiosamente, il dispositivo ottico di multiplazione 10 comprende ulteriormente un polarizzatore, nel caso in cui le sorgenti luminose generino luce non polarizzata.
Inoltre il dispositivo ottico di multiplazione 10 comprende ulteriormente una lamina a quarto d’onda 18 avente la funzione di polarizzare circolarmente il fascio ottico incidente.
La lamina a quarto d’onda 18 è interposta fra le sorgenti laser 15-1, 15-2, 15-3, 15-4, 15-5, 15-6 e gli axicon 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6, come mostrato in Figura 5C.
La lamina a quarto d’onda 18 è configurata per ricevere in ingresso due fasci ottici aventi polarizzazioni lineari ortogonali e per generare da essi un fascio ottico avente polarizzazione circolare destra o sinistra: in questo modo viene anche ottimizzato l’accoppiamento con la fibra ottica 4, in quanto i modi OAM guidati hanno una polarizzazione circolare.
In particolare, la lamina a quarto d’onda 18 è configurata per ricevere il fascio ottico gaussiano F1.1J (λι) avente polarizzazione lineare ed è configurata per generare un fascio ottico gaussiano F1.1_c(Ai) avente polarizzazione circolare, il quale incide sul primo axicon 12-1.
Le precedenti considerazioni relative al fascio ottico gaussiano F1 -1_i(Ai) sono applicabili in modo analogo agli altri fasci ottici gaussiani F1.2J (λι), F2.1J (λ2), F2.2J (λ2), F3.1J (λβ), F3.2J (Às), quindi vengono generati i fasci ottici gaussiani F1.2_c (λι), F2.1_c (Aa), F2.2_c (λ2), F3.1_c (À3), F3.2_c (As) aventi polarizzazione circolare, i quali incidono rispettivamente sugli axicon 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6.
Con riferimento alla Figura 6, viene mostrato un sistema di comunicazione ottico 60 secondo una seconda forma di realizzazione dell<’>invenzione.
Il sistema di comunicazione ottico 60 comprende:
il dispositivo di multiplazione ottico 10 illustrato in precedenza; una fibra ottica multimodale 4 avente una faccetta d<’>ingresso; una lente convergente 61 per regolare la dimensione del fascio ottico incidente sulla faccetta d’ingresso della fibra ottica 4.
In questo caso il fascio ottico F_o_mux in uscita dal dispositivo ottico di multiplazione 10 viene accoppiato alla fibra ottica 4 per mezzo della lente convergente 61 che genera un fascio ottico d’uscita collimato F_o_cm, quindi nella fibra ottica 4 vengono eccitati tre modi guidati aventi tre lunghezze d’onda Ai , λ2, À3, in cui ciascun modo guidato trasporta due vortici ottici circolari guidati (ovvero due modi OAM guidati) aventi due diversi valori h, h dell’indice angolare /; pertanto sulla fibra ottica 4 si propaga un fascio ottico multiplato guidato Fg che trasporta in totale sei canali CH1_1_g(Ai, /,), CH1_2_g(/\,, fe), CH2_1_g(A2, /,), CH2_2_g(/\2, fe), CH3_1_g (λ3, h), CH3_2_g (λ3, h).
Con riferimento alla Figura 7, viene mostrato un sistema di comunicazione ottico 70 secondo una terza forma di realizzazione dell’invenzione.
Il sistema di comunicazione ottico 70 comprende:
nove sorgenti laser 15-1 , 15-2, ... 15-9;
un dispositivo ottico di multiplazione 20;
il dispositivo ottico di demultiplazione 1 illustrato in precedenza; una fibra ottica multimodale 4 avente una faccetta d’ingresso accoppiata all’uscita del dispositivo ottico di multiplazione 20 ed avente una faccetta d’uscita accoppiata all’ingresso del dispositivo ottico di demultiplazione 1;
il foto- rive lato re 5 che effettua una conversione ottica- elettrica e che è accoppiato all’uscita del dispositivo ottico di demultiplazione 1.
Le sorgenti laser 15-1, 15-2, 15-3 sono tali da generare un fascio ottico gaussiano avente lunghezza d’onda λι.
Le sorgenti laser 15-4, 15-5, 15-6 sono tali da generare un fascio ottico gaussiano avente lunghezza d’onda λ2.
Le sorgenti laser 15-7, 15-8, 15-9 sono tali da generare un fascio ottico gaussiano avente lunghezza d’onda λ3.
Il dispositivo ottico di multiplazione 20 è realizzato analogamente al dispositivo ottico di multiplazione 10 illustrato in precedenza, con la differenza che il dispositivo ottico di multiplazione 20 è tale da generare tre modi OAM aventi tre valori diversi h, h, b dell’indice angolare /; pertanto il fascio ottico d’uscita multi piato F_o_mux trasporta nove canali aventi tre valori diversi λι, λ∑, te della lunghezza d’onda λ e tre valori diversi h, h, h dell’indice angolare /.
Sarà ora descritto il funzionamento del sistema di comunicazione ottico 70, facendo anche riferimento alle Figure 1 A, 1 B, 5A e 7.
All’istante iniziale tO la sorgente laser 15-1 genera un primo fascio ottico gaussiano F1.1J (λι) avente lunghezza d’onda λι, la sorgente laser 15-2 genera un secondo fascio ottico gaussiano F1.2J (λι) avente lunghezza d’onda λι, la sorgente laser 15-3 genera un terzo fascio ottico gaussiano F1.3J (λι) avente lunghezza d’onda λι, la sorgente laser 15-4 genera un quarto fascio ottico gaussiano F2.1J (te) avente lunghezza d’onda te, la sorgente laser 15-5 genera un quinto fascio ottico gaussiano F2.2J (λ2) avente lunghezza d’onda te, la sorgente laser 15-6 genera un sesto fascio ottico gaussiano F2.3J (À2) avente lunghezza d’onda K2, la sorgente laser 15-7 genera un settimo fascio ottico gaussiano F3.1J (te) avente lunghezza d’onda te, la sorgente laser 15-8 genera un ottavo fascio ottico gaussiano F3.2J (λβ) avente lunghezza d’onda te, la sorgente laser 15-9 genera un nono fascio ottico gaussiano F3.3J (As) avente lunghezza d’onda h.
Il dispositivo ottico di multiplazione 20 riceve il primo fascio ottico gaussiano F1.1J (Ai), il secondo fascio ottico gaussiano F1.2J (Ai), il terzo fascio ottico gaussiano F1.3J (Ai), il quarto fascio ottico gaussiano F2.1J (λ2), il quinto fascio ottico gaussiano F2.2J (λ2), il sesto fascio ottico gaussiano F2.3J (À2), il settimo fascio ottico gaussiano F3.1J (λ3), l’ottavo fascio ottico gaussiano F3.2J (λ3), il nono fascio ottico gaussiano F3.3J (te), quindi il dispositivo ottico di multiplazione 20 genera da questi il fascio ottico multiplato F_o_mux che trasporta nove canali CH1_1, CH1 2, CH1 3, CH2 1 , CH2_2, CH2_3, CH3_1, CH3_2, CH3_3 analogamente a quanto spiegato in precedenza relativamente alla descrizione del dispositivo ottico di multiplazione 10 di Figura 5A, in cui: il primo canale CH1_1 ha lunghezza d’onda Ai e indice angolare h; il secondo canale CH1_2 ha lunghezza d’onda A 1 e indice angolare h; il terzo canale CH1_3 ha lunghezza d’onda Ai e indice angolare fe; il quarto canale CH2_1 ha lunghezza d’onda À2 e indice angolare h; il quinto canale CH2_2 ha lunghezza d’onda À2 e indice angolare h\ il sesto canale CH2_3 ha lunghezza d’onda À2 e indice angolare fe; il settimo canale CH3_1 ha lunghezza d’onda A3 e indice angolare h; l’ottavo canale CH3_2 ha lunghezza d’onda A3 e indice angolare h\ il nono canale CH3_3 ha lunghezza d’onda A3e indice angolare fe. All’istante t1 (successivo a tO) il fascio ottico multiplato F_o_mux entra nella fibra ottica multimodale 4 ed eccita un fascio ottico multiplato guidato Fg che trasporta tre canali avente tre valori diversi At, A2, A3della lunghezza d’onda A, in cui ciascun canale trasporta tre modi OAM guidati aventi tre valori h, fe, I3dell’indice angolare I, ottenendo così i seguenti nove canali trasportati sulla fibra ottica 4:
il primo canale CH1_1_g ha lunghezza d’onda A 1 e indice angolare h; il secondo canale CH1_2_g ha lunghezza d’onda A; e indice angolare h\
il terzo canale CH1_3_g ha lunghezza d’onda λ t e indice angolare 3⁄4; il quarto canale CH2_1_g ha lunghezza d’onda À∑e indice angolare h; il quinto canale CH2_2_g ha lunghezza d’onda Λ? e indice angolare k\ il sesto canale CH2_3_g ha lunghezza d’onda À2e indice angolare h\ il settimo canale CH3_1_g ha lunghezza d’onda λβ e indice angolare h;
l’ottavo canale CH3_2_g ha lunghezza d’onda Λ3e indice angolare h\ il nono canale CH3_3_g ha lunghezza d’onda K3 e indice angolare I3. Negli istanti compresi fra t1 e t2 (esclusi) il fascio ottico multiplato guidato Fg si propaga dalla faccetta d’ingresso alla faccetta d’uscita della fibra ottica 4, in cui viene indicato con fascio ottico incidente multiplato F_i_mux.
All’istante t2 (successivo a t1) il dispositivo ottico di demultiplazione 1 riceve il fascio ottico incidente multiplato F_i_mux che trasporta i nove canali CH1.1, CH1.2, CH1.3, CH2.1, CH2.2, CH2.3, CH3.1, CH3.2, CH3.3, i quali corrispondono rispettivamente ai nove canali CH1_1_g, CH1_2_g, CH1_3_g, CH2_1_g, CH2_2_g, CH2_3_g, CH3_1_g, CH3_2_g, CH3_3_g.
Il dispositivo ottico di demultiplazione 1 effettua la demultiplazione dei nove canali CH1.1, CH1.2, CH1.3, CH2.1, CH2.2, CH2.3, CH3.1, CH3.2, CH3.3 analogamente a quanto spiegato in precedenza relativamente alla descrizione del dispositivo ottico di demultiplazione 1 di Figura 1B.
In particolare, il dispositivo ottico di demultiplazione 1: trasmette, in una prima direzione dello spazio, un primo vortice ottico circolare in spazio libero F01.1_SL avente lunghezza d’onda λι e indice angolare h;
trasmette, in una seconda direzione dello spazio, un secondo vortice ottico circolare in spazio libero F02.1_SL avente lunghezza d’onda λ∑ e indice angolare h;
trasmette, in una terza direzione dello spazio, un terzo vortice ottico circolare in spazio libero F03.1_SL avente lunghezza d’onda A3 e indice angolare h;
trasmette, in una quarta direzione dello spazio, un quarto vortice ottico circolare in spazio libero F01.2_SL avente lunghezza d’onda Ai e indice angolare h;
trasmette, in una quinta direzione dello spazio, un quinto vortice ottico circolare in spazio libero F02,2_SL avente lunghezza d’onda A2 e indice angolare k;
trasmette, in una sesta direzione dello spazio, un sesto vortice ottico circolare in spazio libero F03.2_SL avente lunghezza d’onda A3 e indice angolare h;
trasmette, in una settima direzione dello spazio, un settimo vortice ottico circolare in spazio libero F01.3_SL avente lunghezza d’onda Ai e indice angolare h;
trasmette, in una ottava direzione dello spazio, un ottavo vortice ottico circolare in spazio libero F02.3_SL avente lunghezza d’onda A2 e indice angolare h;
trasmette, in una nona direzione dello spazio, un nono vortice ottico circolare in spazio libero F03.3_SL avente lunghezza d’onda À3 e indice angolare h-All’istante t3 (successivo a t2) il foto- rive lato re 5 riceve i nove vortici ottici circolari in spazio libero F01.1_SL, F02.1_SL, F03.1_SL, F01.2_SL, F02.2 SL, F03.2_SL, F01.3_SL, F02.3_SL, F03.3_SL rispettivamente in nove punti diversi P1.1, P2.1, P3.1, P1.2, P2.2, P3.2, P1.3, P2.3, P3.3 che sono spot di far-field, come spiegato in precedenza relativamente alla descrizione della Figura 2.
Successivamente, il foto-rivelatore 5 effettua la conversione otticoelettrica e genera nove segnali elettrici S1.1 , S1.2, S1.3, S2.1 , S2.2, S2.3, S3.1, S3.2, S3.3, in cui:
il primo segnale elettrico S1.1 trasporta il canale CH1.1 ;
il secondo segnale elettrico S1.2 trasporta il canale CH1.2;
il terzo segnale elettrico S1.3 trasporta il canale CH1.3;
il quarto segnale elettrico S2.1 trasporta il canale CH2.1 ;
il quinto segnale elettrico S2.2 trasporta il canale CH2.2;
il sesto segnale elettrico S2.3 trasporta il canale CH2.3;
il settimo segnale elettrico S3.1 trasporta il canale CH3.1 ;
l’ottavo segnale elettrico S3.2 trasporta il canale CH3.2;
il nono segnale elettrico S3.3 trasporta il canale CH3.3.
Pertanto il sistema di comunicazione 70 ha effettuato la multiplazione di nove canali aventi tre valori diversi della lunghezza d’onda λ e tre valori diversi dell’indice angolare /, ha effettuato il trasporto dei nove canali sulla fibra ottica multimodale 4, ha effettuato la demultiplazione dei nove canali aventi tre valori diversi della lunghezza d’onda λ e tre valori diversi dell’indice angolare le d infine ha effettuato la ricezione dei segnali ottici e la loro trasformazione in segnali elettronici.
Si osservi che il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 ed il terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 costituiscono una invenzione indipendente.
Infatti il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 risolve il problema tecnico di generare una relazione fra:
una pluralità di modi OAM con diverse lunghezze d’onda incidenti sul secondo elemento ottico diffrattivo 1-2; e
le diverse direzioni nello spazio dei fasci ottici generati.
Detto problema tecnico è risolto con il secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 comprendente una pluralità di zone Ai, A2, A3 uguale ad una pluralità di diversi valori λι, A3⁄4 À3 della lunghezza d’onda A in cui ciascuna zona del secondo elemento ottico diffrattivo 1-2 è configurata per:
• ricevere in ingresso un primo vortice circolare in spazio libero che trasporta una pluralità di diversi valori del momento angolare orbitale; • generare in uscita, in funzione del primo vortice circolare in spazio libero, una pluralità di secondi vortici circolari in spazio libero in differenti direzioni d’uscita dello spazio che dipendono dalla pluralità di diversi valori del momento angolare orbitale, in cui ciascuno dei secondi vortici circolari in spazio libero trasporta uno stesso valore della lunghezza d’onda ed un differente valore del momento angolare orbitale.
Viceversa, il terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 risolve il problema tecnico di generare una relazione fra:
le diverse direzioni di incidenza nello spazio di una pluralità di fasci ottici incidenti sul terzo elemento ottico diffrattivo 11-1; e
una pluralità di modi OAM con diverse lunghezze d’onda generati.
Detto problema tecnico è risolto con il terzo elemento ottico diffrattivo 11-1 comprendente una pluralità di zone An, A12, A13 uguale alla pluralità di valori diversi A 1, λ3 della lunghezza d’onda λ, in cui ciascuna zona del terzo elemento ottico diffrattivo 11 -1 è configurata per:
• ricevere in ingresso una pluralità di fasci ottici d’uscita uguali alla pluralità dei diversi momenti angolari orbitali ed aventi uno stesso valore della lunghezza d’onda e diverse direzioni di incidenza nello spazio associate alla pluralità dei diversi momenti angolari orbitali; • generare in uscita, in funzione della pluralità dei fasci ottici ricevuti, una corrispondente pluralità di vortici ottici circolari multiplati aventi diversi valori dei momenti angolari orbitali che dipendono dalle diverse direzioni di incidenza.
Claims (2)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda (λι, λ∑, λ$ e diverso momento angolare orbitale (h, h, h), il dispositivo comprendente: un primo elemento ottico diffrattivo (1-1) per effettuare una demultiplazione a divisione di lunghezza d’onda, il primo elemento ottico diffrattivo essendo configurato per: • ricevere un fascio ottico incidente multiplato (F_i_mux) che trasporta la pluralità di canali aventi una pluralità di diversi valori della lunghezza d’onda (λι, λ∑, A3) e una pluralità di diversi valori del momento angolare orbitale (h, /3⁄43⁄4); • generare in uscita, in funzione del fascio ottico incidente multiplato (F_i_mux), una pluralità di primi vortici ottici circolari in spazio libero (F01_SL, F02_SL, F03_SL) aventi rispettivi fronti d’onda con raggi di curvatura diversi che dipendono dalla pluralità di valori diversi della lunghezza d’onda, in cui ciascuno dei primi vortici ottici circolari in spazio libero trasporta detta pluralità di diversi valori del momento angolare orbitale; un secondo elemento ottico diffrattivo (1-2) per effettuare una demultiplazione a divisione di modo, il secondo elemento ottico diffrattivo comprendente una pluralità di zone (Ai, A2, A3) uguale alla pluralità di diversi valori (λι, λ∑, λ$ della lunghezza d’onda, ciascuna zona essendo configurata per: • ricevere in ingresso un rispettivo primo vortice ottico circolare in spazio libero (F01_SL) che trasporta detta pluralità di diversi valori del momento angolare orbitale; • generare in uscita, in funzione del rispettivo primo vortice ottico circolare in spazio libero (F01_SL), una pluralità di secondi vortici ottici circolari in spazio libero (F01.1_SL, F01.2_SL, F01.3_SL) orientati in differenti direzioni dello spazio che dipendono dalla pluralità di diversi valori del momento angolare orbitale, in cui la pluralità dei secondi vortici ottici circolari in spazio libero generati dalla rispettiva zona trasportano uno stesso valore della lunghezza d’onda ed un differente valore del momento angolare orbitale. 2. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la pluralità di zone del secondo elemento ottico diffrattivo (1-2) sono una pluralità di corone circolari concentriche di tipo trasmittente, ciascuna associata ad un diverso valore della lunghezza d’onda. 3. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo la rivendicazione 2, in cui il secondo elemento ottico diffrattivo (1-2) è una maschera olografica avente la struttura di una superficie multi-livello composta da una pluralità di pixel aventi valori discreti della fase e deH’ampiezza. 4. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui la distanza (d_z) fra il primo elemento ottico diffrattivo (1-1) ed il secondo elemento ottico diffrattivo (1-2) è calcolata secondo la seguente formula: dRx, Ar, < — -AÀ <À>dÀ in cui: d è l’operatore matematico derivata; RA è il raggio in cui è massimo il valore dell’intensità luminosa con distribuzione circolare di un primo vortice ottico circolare in spazio libero incidente sul secondo elemento ottico diffrattivo; AÀ è la variazione della lunghezza d’onda fra lunghezze d’onda contigue; Arxè la differenza fra i valori dei raggi in cui l’intensità luminosa di detto primo vortice ottico circolare in spazio libero è uguale ad una frazione del valore massimo dell’intensità luminosa; in cui il raggio RA ed i raggi della differenza sono misurati su un piano perpendicolare alla direzione di propagazione di detto primo vortice ottico circolare in spazio libero incidente sul secondo elemento ottico diffrattivo. 5. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, comprendente ulteriormente una lente convergente (1-3) configurata per trasformare la pluralità dei secondi vortici ottici circolari in spazio libero in una rispettiva pluralità di fasci ottici collimati (P1.1, P1.2, P1.3, P2.1, P2.2, P2.3, P3.1, P3.
- 2, P3.3). 6. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui la lente convergente (1-3) è integrata airinterno del secondo elemento ottico diffrattivo. 7. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui il secondo elemento ottico diffrattivo (1-2) è configurato per modificare solo la fase dei primi vortici ottici circolari in spazio libero incidenti su di esso, ed in cui il disegno di ciascuna corona circolare della maschera olografica multi-livello è calcolata mediante il seguente algoritmo numerico iterativo: a) calcolo della funzione di trasmissione τ della i-esima corona circolare; b) discretizzazione della fase in un numero finito di livelli; c) calcolo dei valori di coefficienti per mezzo di una trasformata di Fourier inversa; d) sostituzione dei valori calcolati dei coefficienti con nuovi valori; e) ripetizione dei passi a)-d) assumendo il risultato del passo d) come ingresso del passo a); f) ripetizione dei passi a)-e) fino a quando il valore di un coefficiente d’errore non è minore di un valore definito. 8. Dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo elemento ottico diffrattivo (1-1) è selezionato fra: una lente di Fresnel comprendente una pluralità di corone circolari concentriche di tipo trasmittente; un axicon avente la superficie conica rivolta verso il secondo elemento ottico diffrattivo. 9. Dispositivo ottico di multiplazione (10) di una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda (λι, Aa Λ3) e diverso momento angolare orbitale (li, I2 ), il dispositivo comprendente: una pluralità di axicon (12-1, 12-2, ... 12-6) configurati per trasformare una pluralità di fasci ottici incidenti (F1.1_i(Ai), F1.2_i(Ai), F2.1_i(A2), F2.2_i(A2), F3.1_i(M), F3.2_i(As) ) in una corrispondente pluralità di fasci ottici d’uscita (F1.1_SL(Ai), F1.2_SL(Ài), F2.1_SL(À2), F2.2_SL(À2), F3.1_SL(A3), F3.2_SL(A3)) aventi fronti d’onda con distribuzione circolare dell’intensità luminosa; un terzo elemento ottico diffrattivo (11-1) configurato per effettuare una multiplazione a divisione di modo di detta pluralità di fasci ottici d’uscita, il terzo elemento ottico diffrattivo comprendente una pluralità di zone (An, A12, A13) uguale alla pluralità di valori diversi (λι, λ∑, λβ) della lunghezza d’onda, la pluralità di axicon comprendente una pluralità di gruppi di axicon (12-1, 12-2; 12-3, 12-4; 12-5, 12-6) associati ai diversi valori della lunghezza d’onda, in cui ciascun gruppo comprende una pluralità di axicon (12-1 , 12-2) uguali al numero dei diversi valori del momento angolare orbitale, in cui ciascun axicon (12-1) è configurato per ricevere un fascio ottico incidente (F1.1J) avente un valore della lunghezza d’onda (Λ ί) e generare da questo un fascio ottico d’uscita (F1.1_SL, F1.1_CL) avente fronte d’onda con distribuzione circolare dell’intensità luminosa e direzione di propagazione che dipende da detto valore della lunghezza d’onda e da un valore del momento angolare orbitale; in cui ciascuna zona del terzo elemento ottico diffrattivo (11-1) è configurata per: • ricevere in ingresso, da un rispettivo gruppo della pluralità di axicon, i fasci ottici d’uscita aventi un rispettivo stesso valore della lunghezza d’onda ed aventi diverse direzioni di propagazione incidenti associate ai diversi valori del momento angolare orbitale; • generare in uscita, in funzione della pluralità di fasci ottici del rispettivo gruppo, una corrispondente pluralità di vortici ottici circolari multiplati (F1.1_MUX_SL, F1.2_MUX_SL) aventi i diversi valori dei momenti angolari orbitali che dipendono dalle diverse direzioni di propagazione incidenti. 10. Dispositivo ottico di multiplazione (10) secondo la precedente rivendicazione, in cui la pluralità di zone del terzo elemento ottico diffrattivo (11-1) sono una pluralità di corone circolari concentriche (An, A12, A13), ciascuna associata ad un diverso valore della lunghezza d’onda. 11. Dispositivo ottico di multiplazione (10) secondo la precedente rivendicazione, in cui il terzo elemento ottico diffrattivo (11-1) è una maschera olografica avente la struttura di una superficie multi-livello composta da una pluralità di pixel aventi valori discreti della fase e dell’ampiezza. 12. Dispositivo ottico di multiplazione (10) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 9 a 11, comprendente ulteriormente una pluralità di lenti convergenti (12-7, 12-8, ... 12-12) accoppiate alla pluralità di axicon e configurate per collimare detta pluralità di fasci ottici d’uscita in una corrispondente pluralità di fasci ottici collimati (F1.1_CL(Ai), F1.2_CL(Ai), F2.1_CL(A2), F2.2_CL(À2), F3.1_CL(À3), F3.2_CL(À3)). 13. Sistema di comunicazione ottico (50) comprendente: una fibra ottica (4) multimodale configurata per trasmettere una pluralità di canali con diversa lunghezza d’onda (λι, λ∑, À3) e diverso momento angolare orbitale (h, h, 3⁄4); un dispositivo ottico di demultiplazione (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 8; un primo dispositivo ottico di accoppiamento di una faccetta d’uscita della fibra ottica con il dispositivo ottico di demultiplazione. 14. Sistema di comunicazione ottico (70) secondo la rivendicazione precedente, comprendente ulteriormente: - un dispositivo ottico di multiplazione (10, 20) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 9 a 12; - un secondo dispositivo ottico di accoppiamento (61) di una faccetta d’ingresso della fibra ottica con il dispositivo ottico di multiplazione.
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Non-Patent Citations (4)
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| FRANZ BERND ET AL: "Spatial multiplexers and demultiplexers for mode group division multiplex", 2013 15TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON TRANSPARENT OPTICAL NETWORKS (ICTON), IEEE, 23 June 2013 (2013-06-23), pages 1 - 4, XP032484121, ISSN: 2161-2056, [retrieved on 20130917], DOI: 10.1109/ICTON.2013.6602754 * |
| HAILONG ZHOU ET AL: "Manipulation of orbital angular momentum beams based on space diffraction compensation", OPTICS EXPRESS, vol. 22, no. 15, 14 July 2014 (2014-07-14), pages 17756, XP055244927, DOI: 10.1364/OE.22.017756 * |
| HAO HUANG ET AL: "100 Tbit/s free-space data link using orbital angular momentum mode division multiplexing combined with wavelength division multiplexing", OPTICAL FIBER COMMUNICATION CONFERENCE AND EXPOSITION AND THE NATIONAL FIBER OPTIC ENGINEERS CONFERENCE (OFC/NFOEC), 2013, IEEE, 17 March 2013 (2013-03-17), pages 1 - 3, XP032678905, ISBN: 978-1-4799-0457-0, [retrieved on 20130614] * |
| MIHAILESCU M ET AL: "Diffraction patterns from holographic masks generated using combined axicon and helical phase distributions", PROCEEDINGS OF SPIE, S P I E - INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING, US, vol. 9258, 20 February 2015 (2015-02-20), pages 92580T - 92580T, XP060045321, ISSN: 0277-786X, ISBN: 978-1-62841-730-2, DOI: 10.1117/12.2070446 * |
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