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一种基于非局域介质的空间 频率分束器

阅读：711发布：2023-02-01

专利汇可以提供一种基于非局域介质的空间频率分束器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种光束的传输和变换技术，公开了一种利用非局域介质实现空间频率分束器的设计方案。由信号源输出线性偏振的高斯光束，经过两个凸透镜后被准直，由反射镜反射后，经过由计算机操控加载了相位信息的空间光调制器，通过焦距可调的凸透镜后得到艾里光束；将得到的艾里光束通过由强非局域介质组成的器件后，形成多孤子光束，艾里光束的多峰结构对应了不同的空间频率，经非局域介质后可以分束成空间间隔较大的多孤子，便于更好的接收。本发明直接利用非局域介质来实现空间频率的分束，原理科学，容易实现。本发明可以作为一种分束器对接收到的信号进行分束，可用于光通信空间频率波分复用中的分束器。，下面是一种基于非局域介质的空间频率分束器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于非局域介质的空间频率分束器的设计方案，其特征在于如下步骤：
(1)由信号源输出线性偏振的高斯光束，经两个凸透镜后被准直为半高宽为6.7毫米的高斯光束，通过改变两个凸透镜之间的距离，能够调整高斯光束的半宽高；
(2)将得到的准直高斯光束反射后，通过加载了相位信息的空间光调制器，光束在调制器前端反射回来；
(3)将反射回来的光束经过一个焦距可调的凸透镜，得到了艾里光束；
(4)将得到的艾里光束通过非局域介质，输出分束后的多孤子光束，经光探测器捕获后输出。
2.一种基于非局域介质的空间频率分束器的装置，包括信号源、凸透镜、反射镜、空间光调制器、非局域介质、光探测器、计算机，其特征在于：由信号源输出线性偏振的高斯光束，经两个凸透镜后被准直为半高宽为6.7毫米的高斯光束，通过改变两个凸透镜之间的距离，可以调整高斯光束的半宽高；将准直后的高斯光束反射后通过由计算机操控加载了相位信息的空间光调制器，光束在调制器前端反射回来；将反射回来的光束经过一个焦距可控的凸透镜，实现傅立叶相位调制变换后，输出了艾里光束；将艾里光束通过非局域介质，得到分束后的多孤子光束，最终经光探测器探测后输出。
3.根据权利要求2所述的一种基于非局域介质的空间频率分束器的装置，其特征在于：所述的反射镜为前表面镀银反射镜。
4.根据权利要求2所述的一种基于非局域介质的空间频率分束器的装置，其特征在于：所述的空间调制器是由计算机操控，入射光束在空间光调制器上进行相位调制后以反射的形式输出，使用空间光调制器主要是为了得到三阶相位。
5.根据权利要求2所述的一种基于非局域介质的空间频率分束器的装置，其特征在于：所述的焦距可调凸透镜是为了实现傅立叶相位调制变换，最终得到艾里光束，通过选择不同焦距的凸透镜可以得到光斑大小不同的艾里光束。
6.根据权利要求2所述的一种基于非局域介质的空间频率分束器的装置，其特征在于：所述的非局域介质为向列相液晶晶体，它能够表现出强非局域特性。
7.根据权利要求2所述的一种基于非局域介质的空间频率分束器的装置，其特征在于：所述的光探测器用于动态探测分束后的多孤子光束。

说明书全文

一种基于非局域介质的空间频率分束器

技术领域

[0001] 本发明涉及光束的传输和变换技术，具体涉及一种基于非局域介质的空间频率分束器的设计方案及其装置，可应用于光通信的频率解复用领域。

背景技术

[0002] 随着对非线性传输领域研究的加深，研究人员发现在非线性光学系统中，非局域效应是无处不在的。在现实生活中，许多重要的光学介质都具有非局域效应，当物理系统中存在某种扩散机制，比如：原子扩散、热效应以及原子弹道运输等，非局域效应的影响就会加强。非局域效应这一概念是由Snyder和Mitchell于1997年在Science上提出的。此后,科学家们发现光束在非局域介质中传输会呈现出很多在局域介质中不具备的奇特性质，比如：能够有效抑制高维孤子的塌陷，形成稳定的高维孤子；能够存在以及稳定多种具有复杂结构的孤子；对光束传输具有的弯曲作用。随着这些发现，关于光束传输研究的热点也开始向着非局域介质这一方向转移。

[0003] 在这里，我们提出了一种具有无衍射特性的艾里光束，来研究它在非局域介质中的传输特性。之所以选择艾里光束，主要是由于它具有很多奇特性质，其中包括：长距离无衍射传输的特性、强烈抗干扰的自愈特性和能够在恒定界面内自由加速传输的特性。不同于单峰结构的光束，艾里光束具有多峰结构，而且它的光场分布呈现不对称性，会使得它在非局域介质中传输出现很多奇特的现象。正因为艾里光束具有如此多的优异的特性，所以研究它在非局域介质中传输是具有一定价值的。

[0004] 我们发现在一定的条件下，艾里光束会在非局域效应的影响下转换为多个空间孤子，这种特性在局域介质中是不存在的。由于输出的空间孤子稳定性高，且范围间隔较大，这有助于实现空间频率的解复用，可以作为一种空间光通信频率分束器。本发明提出了一种基于非局域介质的空间频率分束器的系统和设计方案，能够直接将高斯光束转换为空间多孤子光束，实现一种空间光通信频率分束器。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于非局域介质的空间频率分束器的设计方案，原理简单，容易实现，具有实际应用价值，能够将高斯光束解复用为多个空间孤子，实现结构简单，制造成本低。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于非局域介质的空间频率分束器的设计方案，包括如下步骤：

[0007] (1)对线性偏振的高斯光束调整其半宽高，得到准直的高斯光束；

[0008] (2)将得到的准直高斯光束经过相位调制和傅立叶相位调制变换后，得到艾里光束；

[0009] (3)通过非局域介质后，实现多孤子的转换，最终实现空间频率的分束。

[0010] 本发明技术方案还包括提供一种基于非局域介质的空间频率分束器的装置，由信号源输出线性偏振的高斯光束，经两个凸透镜后被准直为半高宽为6.7毫米的高斯光束，通过改变两个凸透镜之间的距离，能够调整高斯光束的半宽高；将得到的准直高斯光束反射后，通过由计算机操控加载了相位信息的空间光调制器，光束在空间调制器前端反射回来；将反射回来的光束经过一个焦距可控的凸透镜，经过傅立叶相位调制变换后得到了艾里光束；将得到的艾里光束通过由强非局域介质组成的器件，得到分束后的多孤子光束，经光探测器捕获后输出。

[0011] 本发明所述的信号源输出线性偏振的高斯光束；所述的反射镜为前表面镀银反射镜；所述的焦距可调凸透镜是为了实现傅里叶变换，通过选择焦距不同的凸透镜可以得到光斑大小不同的艾里光束；所述的空间调制器为反射式空间调制器，由计算机将相位信息加载到空间调制器上，对入射光束进行相位调制；所述的非局域介质为向列相液晶晶体，用于最终对艾里光束的分束，实现多孤子的输出；所述的光探测器用于动态探测输出光的变化过程，捕获输出的多孤子。

[0012] 由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0013] 1、直接利用高斯光束来实现空间多孤子的输出，原理简单，容易实现；

[0014] 2、装置结构简单，易于调整，制造成本低；

[0015] 3、不需要借助其他特殊的光学元件，装置稳定性好。附图说明

[0016] 图1是本发明实施例提供的一种基于非局域介质的空间频率分束器装置的结构示意图；

[0017] 图2是本发明实施例中光束的变化过程示意图；(a)从信号源中输出的初始高斯光束示意图；(b)由高斯光束转变的艾里光束示意图；(c)最终经过非局域介质分束后的空间多孤子光束示意图；

[0018] 图中，1：信号源；2a-2c:凸透镜；3：反射镜；4：空间光调制器；5非局域介质；6：光探测器；7：计算机。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步描述。

[0020] 参见附图1，本实施例提出的基于非局域介质的空间频率分束器装置系统，包括信号源1、凸透镜2a-2c、反射镜3、空间光调制器4、非局域介质5、光探测器6、计算机7。

[0021] 上述各部分的功能分别说明如下：

[0022] 信号源1，用于输出线性偏振的高斯光束；

[0023] 凸透镜2a-2b，用于准直输出的高斯光束，以及调整高斯光束的半宽高；

[0024] 凸透镜2c，用于傅立叶相位调制变换，通过选择焦距不同的凸透镜可以得到光斑大小不同的艾里光束；

[0025] 反射镜3，用于光束的反射，本实施例选用前表面镀银的反射镜；

[0026] 空间光调制器4，用于输出具有三阶相位的高斯光束，得到三阶相位，本实施例选用反射式空间调制器；

[0027] 非局域介质5，用于最终对艾里光束的分束，实现多孤子的输出，本实施例选用的非局域介质为向列相液晶晶体；

[0028] 光探测器6，用于动态探测输出光的变化过程，捕获输出的空间多孤子；

[0029] 计算机7，用于对空间调制器的输出相位进行调制。

[0030] 利用上述装置设计的基于非局域介质的空间频率分束器，具体操作步骤如下：

[0031] 1、由信号源1输出线性偏振的高斯光束，初始高斯光束参见附图2(a)，经凸透镜2a、2b后被准直为半高宽为6.7毫米的高斯光束。通过改变凸透镜2a和2b之间的距离，可以调整高斯光束的半宽高。

[0032] 2、准直高斯光束经反射镜3反射后，通过由计算机7操控加载了相位信息的空间光调制器4上，光束在调制器4前端反射回来。

[0033] 3、将反射回来的光束经过一个焦距可控的凸透镜2c，经过傅立叶相位调制变换后，得到了艾里光束，参见附图2(b)。

[0034] 4、在凸透镜2c后放置非局域介质5，该非局域介质5为向列相液晶晶体。让艾里光束通过非局域介质5，最终得到分束后的多孤子光束，参见附图2(c)。

[0035] 5、得到的多孤子光束经光探测器6探测后，将最终空间多孤子光束输出。

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