HWP10)極化分束器（圖7中記PBS10)的組 合即可將復用的軌道角動量態(tài)光束按照水平極化和垂直極化分成兩組：
[0190]
[0191] 類似的，通過第三級第3個和第4個復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)，即可分別實現(xiàn)
的分離。至此8個正1值復用的軌道 角動量態(tài)就分尚完成了。
[0192] 步驟三：進入負1值復用軌道角動量態(tài)分尚系統(tǒng)的復用軌道角動量態(tài)光束的分尚 過程如下：
[0193] 步驟1 :光束通過第1級復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)
[0194] 二分之一波片（圖7中記為HWPΓ)首先將復用的垂直極化光束轉(zhuǎn)化成水平極 化光束，根據(jù)
，入射光束之后通過一個四分之一波片（圖7中記為QWP Γ)和極化分束器（圖7中記為PBSΓ)的組合，就可實現(xiàn)水平極化光束中右圓極化和左圓 極化分量的分離。接著，將兩束光沿同一閉合光路的不同方向，相向入射45°放置、相對夾 角α= 90°的道威棱鏡（圖7中記為DoveΓ)。之后，這2束光重新在極化分束器（PBS Γ)上合束，出射后通過另一個四分之一波片（圖7中記為QWP2'），實現(xiàn)第一個四分之一 波片（圖7中記為QWPΓ)的逆操作。此時不同軌道角動量態(tài)對應表達式如下：
[0203] 值得注意的是：上述表達式中的負號不影響極化光束的分離，因此后續(xù)推導忽略 正負的影響。
[0204] 最后利用二分之一波片（圖7中記為HWP2'）極化分束器（圖7中記為PBS2'） 的組合即可將復用的軌道角動量態(tài)光束按照水平偏極化和垂直極化分成兩組，其中一組 為：
[0205]
[0206]
[0207]
[0208] 步驟2:光束通過第2級2個復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)
[0209]
1的光束按照類似的方 式通過第2級第1個復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)。需要注意的是，首先通過的二分之一波 片（圖7中記為HWP3'）需要旋轉(zhuǎn)45°，將入射的垂直極化光束轉(zhuǎn)化成水平極化光束，此 外道威棱鏡（圖7中記為Dove2'）的放置角度需調(diào)整至22. 5°，即相對夾角α= 45°。 這樣在最終分束前，不同軌道角動量態(tài)對應表達式如下：
[0210]
[0211]
[0212]
[0213]
[0214] 最后利用二分之一波片（圖7中記為HWP4'）極化分束器（圖7中記為PBS4'） 的組合即可將復用的軌道角動量態(tài)光束按照水平極化和垂直極化分成兩組：
[0215]
[0216]類似的：
的光束通過 第2級第2個復用軌道角動量態(tài)分尚子系統(tǒng)后，光束也將再次被分為兩個部分，與第2級第 1個子系統(tǒng)稍有不同的是，首先通過的二分之一波片（圖7中記為HWP5'）不需要進行角 度的調(diào)整。
[0217] 最后，利用二分之一波片（圖7中記為HWP6'）極化分束器（圖7中記為PBS6'） 的組合即可將復用的軌道角動量態(tài)光束按照水平極化和垂直極化分成兩組：
[0218]
[0219] 步驟3.:光束通過第3級4個復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)
[0220]第3級子系統(tǒng)中，道威棱鏡（圖7中記為Dove4'_7'）的放置角度取11. 25°，即 相對夾角α= 22. 5° ^
光束在第3級第1個復用軌道角動 量態(tài)分離子系統(tǒng)內(nèi)，首先通過旋轉(zhuǎn)45°的二分之一波片（圖7中記HWP7'），將入射的垂直 極化光轉(zhuǎn)化成水平極化光。最終分離前，不同軌道角動量態(tài)對應表達式如下：
[0221]
[0222]
[0223] 最后利用二分之一波片（圖7中記HWP8'）極化分束器（圖7中記PBS8'）的 組合即可將復用的軌道角動量態(tài)光束按照水平極化和垂直極化分成兩組：
[0224]
[0225] |"〉?|，= -2〉、-6〉的光束射入第3級第2個復用軌道角動量態(tài)分離子 系統(tǒng)，在最終分離前，不同軌道角動量態(tài)對應表達式如下：
[0226]
[0227]
[0228] 最后利用二分之一波片（圖7中記HWP10'）極化分束器（圖7中記PBS10'） 的組合即可將復用的軌道角動量態(tài)光束按照水平極化和垂直極化分成兩組：
[0229]
[0230] 類似的，通過第三級第3個和第4個復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)，即可分別實現(xiàn)
的分離。至此8個負1值復用 的軌道角動量態(tài)就分離完成了。最終的分離結(jié)果如圖9所示。
【主權項】
1. 一種非破壞分離任意復用軌道角動量態(tài)的方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： 步驟1 :產(chǎn)生一束復用軌道角動量態(tài)光束，其中的η個正1值軌道角動量態(tài)由水平極化 光產(chǎn)生，m個負1值軌道角動量態(tài)由垂直極化光產(chǎn)生； 步驟2 :入射的復用軌道角動量態(tài)光束經(jīng)過一個極化分束器被分成兩路，其中水平極 化光進入正1值復用軌道角動量態(tài)分離系統(tǒng)，垂直極化光進入負1值復用軌道角動量態(tài)分 離系統(tǒng)； 步驟3 :兩路光束分別進入正1值復用軌道角動量態(tài)分離系統(tǒng)和負1值復用軌道角動 量態(tài)分尚系統(tǒng)，兩個級聯(lián)系統(tǒng)的第1級子系統(tǒng)均由1個復用軌道角動量態(tài)分尚子系統(tǒng)組成， 其中核心器件道威棱鏡的放置角度為45°，通過第1級子系統(tǒng)后，復用的軌道角動量態(tài)會 根據(jù)1值的奇偶，即以1值的差值為1，分離成兩路； 步驟i:經(jīng)第i-Ι級子系統(tǒng)分離的光束有21 1路，因而第i級子系統(tǒng)由2 1 1個復用軌道 角動量態(tài)分離子系統(tǒng)組成，其中核心器件道威棱鏡的放置角度均為45° /21 \通過第i級 子系統(tǒng)后，復用軌道角動量態(tài)會以1值的差值為21 1實現(xiàn)分離，共分離成2 1路； 重復上述步驟i，直至所有的軌道角動量態(tài)都被分離。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種任意復用軌道角動量態(tài)的非破壞分離方法，其特征在 于：所述方法是以偏振光學理論為基礎，以各個獨立的軌道角動量態(tài)由線偏振光產(chǎn)生為前 提，且要求具有相同的偏振方向。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種任意復用軌道角動量態(tài)的非破壞分離方法，其特征在 于：將簡單的偏振光學操作應用到對復用軌道角動量態(tài)分離的技術中，簡化了分離的過程， 降低了分離的難度。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種任意復用軌道角動量態(tài)的非破壞分離方法，其特征在 于：所述方法應用于非破壞的分離復用軌道角動量態(tài)，即分離后保持每個軌道角動量態(tài)空 間結(jié)構的完整性。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種任意復用軌道角動量態(tài)的非破壞分離方法，其特征在 于：所述方法應用于分離所有包括負1值在內(nèi)的軌道角動量本征態(tài)。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種任意復用軌道角動量態(tài)的非破壞分離方法，其特征在 于：所述方法應用于復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)組成的級聯(lián)系統(tǒng)。7. 一種復用軌道角動量態(tài)分尚子系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：入射光偏振方向 調(diào)整模塊、圓極化光分離模塊、相位調(diào)整模塊、圓極化光合并模塊和分離模塊； 入射光偏振方向調(diào)整模塊的功能是：將入射的線偏振光調(diào)節(jié)為水平極化光； 圓極化光分離模塊的功能是：實現(xiàn)水平極化光中左圓極化分量和右圓極化分量的分相位調(diào)整模塊的功能是：同時對分離的左圓極化分量和右圓極化分量進行相應的相位 調(diào)整（通過道威棱鏡實現(xiàn)），且相位的改變量與對應的軌道角動量態(tài)的1值有關，數(shù)學上表，其中α為道威棱鏡對應兩路光束的相 對夾角； 圓極化光合并模塊的功能是：將經(jīng)過相位調(diào)整的左圓極化分量和右圓極化分量重新合 并成一路束光，此時不同的軌道角動量態(tài)將根據(jù)各自的相位特征，即1值，投影到兩個相互 垂直的極化方向上，數(shù)學上表示為分離模塊的功能是：對兩個相互垂直的極化方向上的光束進行分離。8. 根據(jù)權利要求7所述的一種復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng) 將輸入的復用軌道角動量態(tài)按照相位特點分成兩組，通過一系列的偏振光學操作，將這兩 組軌道角動量態(tài)分別投影到水平極化和垂直極化兩個極化方向上，最終利用極化分束器即 可實現(xiàn)這兩組軌道角動量態(tài)的分離。9. 根據(jù)權利要求7所述的一種復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)，其特征在于：通過多次 級聯(lián)的方式，即可實現(xiàn)任意復用軌道角動量態(tài)的分離。10. 根據(jù)權利要求7所述的一種復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng) 通過增加或減少復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)的級聯(lián)數(shù)目和調(diào)整每個子系統(tǒng)中道威棱鏡 的放置角度，即可靈活的實現(xiàn)不同復用軌道角動量態(tài)的分離。
【專利摘要】本發(fā)明公開了任意復用軌道角動量態(tài)的非破壞分離方法及其分離子系統(tǒng)，該方法借助光的偏振性質(zhì),通過級聯(lián)多個復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)實現(xiàn)任意復用軌道角動量態(tài)的非破壞分離。對于每個子系統(tǒng)，輸入復用態(tài)中的每個軌道角動量態(tài)在經(jīng)過一系列偏振操作后，都會根據(jù)各自的相位特征，投影到水平極化或垂直極化兩個極化方向上。通過級聯(lián)n層復用軌道角動量態(tài)分離子系統(tǒng)，即可實現(xiàn)2n個軌道角動量態(tài)復用光束的非破壞分離。這種分離方法，一方面有著良好的分離效果，不會對軌道角動量態(tài)的空間結(jié)構產(chǎn)生破壞；另一方面，分離過程所需的光學器件并不復雜、易于制造，且對現(xiàn)有的光通信技術有著較好的兼容性和適用性。
【IPC分類】G02F1/01
【公開號】CN105388635
【申請?zhí)枴緾N201510673370
【發(fā)明人】趙生妹, 顧曉凡
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年10月16日