System Configuration

涡旋光束在微结构光纤中的传输

实验系统配置

激光源 He-Ne激光器,632.8nm
偏振元件 偏振片,半波片
光调制单元 空间光调制器SLM1,反射镜
光传输元件 1/4波片,物镜
光束传输 光纤耦合平台,微结构光纤
光调制器件 空间光调制器SLM2
监测单元透镜 透镜1,透镜2,透镜3
光束的检测2 CCD,电脑

系统原理

氦氖激光器产生的高斯光经过偏振片后变为线偏光,再由一个半波片来调整高斯光的偏振态,使入射高斯光的偏振与 SLM1 的偏振选择性相互匹配,之后在SLM1上分别产生单个线偏振 l=±1 和 l=±2 的涡旋光模式。空间涡旋光束耦合进入光纤采用的是圆偏振态的涡旋光模式,因此再利用四分之一波片将之前产生的线偏振涡旋光模式转换成圆偏振模式。用物镜紧聚焦后,利用多维度的光纤耦合调节平台来进行对准,将涡旋光耦合进柚子型微结构光纤(MOF)中。经过MOF传输1m后,在出射端利用一个高数值孔径物镜和一套扩束系统,将出射光束进行准直和扩束,并利用CCD在透镜2后进行观察。利用SLM2加载一个特殊设计的光学旋涡达曼光栅计算机全息图,对经过 MOF 传输后不同拓扑荷的涡旋光模式进行解调。利用透镜3聚焦后,再利用CCD在透镜3后观察。

研究现状

现代光通信技术的迅速发展打破了各种地域限制,极大推动了信息全球化的发展。基于传统复用技术的通信频谱带宽资源已接近饱和,在未来无法满足光通信的容量需求。基于新型模分复用的奇点光束复用,为光束的复用提供了一个新的自由度。奇点光束包括位相型的涡旋光和偏振型的柱矢量光束。奇点光束复用具有正交性、无限性、安全性等优点,在提升通信容量方面受到广泛的关注。但奇点光束在自由空间中容易受到大气扰动和热湍流的干扰,加载的信号无法做到较长距离的稳定传输。光纤是现代光通信最主要的传输介质之一,具有传输损耗低、信息容量大、稳定性高、工艺成熟等优点,在使用时便于铺设和管理,因此它非常适合用来发展现代光通信技术。将奇点光束的复用和解复用技术应用于新型光纤中,建立新型光纤通信系统,将为今后光纤通信发展提供一种全新思路。

潜在应用

(1) 为光束的复用提供了一个新的自由度,建立基于奇点光束的光纤通信系统,为今后利用奇点光束进行光通信提供一种可行性方案;

(2)利用奇点光束的独特性质作为信号复用的手段,在特殊结构光纤中发展低损耗的光通信技术,很有可能会成为未来光纤通信领域的一个重大突破;

(3)有望实现数据中心中光传输网信息传送的需求。利用奇点光束在光纤中的复用技术,可以很好节省连接光纤的体积,提升系统中复用的信息通道,更好的便于信息的传输和交换;

(4)在生物光子学、纳米光子学和非线性光谱学等领域有广泛的应用前景。

应用案例
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