一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光束的傳輸和變換技術(shù)，具體涉及一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的設(shè)計方案及其裝置，可應(yīng)用于光通信的頻率解復(fù)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對非線性傳輸領(lǐng)域研宄的加深，研宄人員發(fā)現(xiàn)在非線性光學(xué)系統(tǒng)中，非局域效應(yīng)是無處不在的。在現(xiàn)實(shí)生活中，許多重要的光學(xué)介質(zhì)都具有非局域效應(yīng)，當(dāng)物理系統(tǒng)中存在某種擴(kuò)散機(jī)制，比如:原子擴(kuò)散、熱效應(yīng)以及原子彈道運(yùn)輸?shù)龋蔷钟蛐?yīng)的影響就會加強(qiáng)。非局域效應(yīng)這一概念是由Snyder和Mitchell于1997年在Science上提出的。此后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)光束在非局域介質(zhì)中傳輸會呈現(xiàn)出很多在局域介質(zhì)中不具備的奇特性質(zhì)，比如:能夠有效抑制高維孤子的塌陷，形成穩(wěn)定的高維孤子；能夠存在以及穩(wěn)定多種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的孤子；對光束傳輸具有的彎曲作用。隨著這些發(fā)現(xiàn)，關(guān)于光束傳輸研宄的熱點(diǎn)也開始向著非局域介質(zhì)這一方向轉(zhuǎn)移。
[0003]在這里，我們提出了一種具有無衍射特性的艾里光束，來研宄它在非局域介質(zhì)中的傳輸特性。之所以選擇艾里光束，主要是由于它具有很多奇特性質(zhì)，其中包括:長距離無衍射傳輸?shù)奶匦?、?qiáng)烈抗干擾的自愈特性和能夠在恒定界面內(nèi)自由加速傳輸?shù)奶匦?。不同于單峰結(jié)構(gòu)的光束，艾里光束具有多峰結(jié)構(gòu)，而且它的光場分布呈現(xiàn)不對稱性，會使得它在非局域介質(zhì)中傳輸出現(xiàn)很多奇特的現(xiàn)象。正因?yàn)榘锕馐哂腥绱硕嗟膬?yōu)異的特性，所以研宄它在非局域介質(zhì)中傳輸是具有一定價值的。
[0004]我們發(fā)現(xiàn)在一定的條件下，艾里光束會在非局域效應(yīng)的影響下轉(zhuǎn)換為多個空間孤子，這種特性在局域介質(zhì)中是不存在的。由于輸出的空間孤子穩(wěn)定性高，且范圍間隔較大，這有助于實(shí)現(xiàn)空間頻率的解復(fù)用，可以作為一種空間光通信頻率分束器。本發(fā)明提出了一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的系統(tǒng)和設(shè)計方案，能夠直接將高斯光束轉(zhuǎn)換為空間多孤子光束，實(shí)現(xiàn)一種空間光通信頻率分束器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的設(shè)計方案，原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)，具有實(shí)際應(yīng)用價值，能夠?qū)⒏咚构馐鈴?fù)用為多個空間孤子，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的設(shè)計方案，包括如下步驟:
[0007](I)對線性偏振的高斯光束調(diào)整其半寬高，得到準(zhǔn)直的高斯光束；
[0008](2)將得到的準(zhǔn)直高斯光束經(jīng)過相位調(diào)制和傅立葉相位調(diào)制變換后，得到艾里光束；
[0009](3)通過非局域介質(zhì)后，實(shí)現(xiàn)多孤子的轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)空間頻率的分束。
[0010]本發(fā)明技術(shù)方案還包括提供一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的裝置，由信號源輸出線性偏振的高斯光束，經(jīng)兩個凸透鏡后被準(zhǔn)直為半高寬為6.7毫米的高斯光束，通過改變兩個凸透鏡之間的距離，能夠調(diào)整高斯光束的半寬高；將得到的準(zhǔn)直高斯光束反射后，通過由計算機(jī)操控加載了相位信息的空間光調(diào)制器，光束在空間調(diào)制器前端反射回來；將反射回來的光束經(jīng)過一個焦距可控的凸透鏡，經(jīng)過傅立葉相位調(diào)制變換后得到了艾里光束；將得到的艾里光束通過由強(qiáng)非局域介質(zhì)組成的器件，得到分束后的多孤子光束，經(jīng)光探測器捕獲后輸出。
[0011]本發(fā)明所述的信號源輸出線性偏振的高斯光束；所述的反射鏡為前表面鍍銀反射鏡；所述的焦距可調(diào)凸透鏡是為了實(shí)現(xiàn)傅里葉變換，通過選擇焦距不同的凸透鏡可以得到光斑大小不同的艾里光束；所述的空間調(diào)制器為反射式空間調(diào)制器，由計算機(jī)將相位信息加載到空間調(diào)制器上，對入射光束進(jìn)行相位調(diào)制；所述的非局域介質(zhì)為向列相液晶晶體，用于最終對艾里光束的分束，實(shí)現(xiàn)多孤子的輸出；所述的光探測器用于動態(tài)探測輸出光的變化過程，捕獲輸出的多孤子。
[0012]由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、直接利用高斯光束來實(shí)現(xiàn)空間多孤子的輸出，原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)；
[0014]2、裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，制造成本低；
[0015]3、不需要借助其他特殊的光學(xué)元件，裝置穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中光束的變化過程示意圖；(a)從信號源中輸出的初始高斯光束示意圖；(b)由高斯光束轉(zhuǎn)變的艾里光束示意圖；(C)最終經(jīng)過非局域介質(zhì)分束后的空間多孤子光束示意圖；
[0018]圖中，1:信號源；2a_2c:凸透鏡；3:反射鏡；4:空間光調(diào)制器；5非局域介質(zhì)；6:光探測器；7:計算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步描述。
[0020]參見附圖1，本實(shí)施例提出的基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器裝置系統(tǒng)，包括信號源1、凸透鏡2a-2c、反射鏡3、空間光調(diào)制器4、非局域介質(zhì)5、光探測器6、計算機(jī)7。
[0021]上述各部分的功能分別說明如下:
[0022]信號源1，用于輸出線性偏振的高斯光束；
[0023]凸透鏡2a_2b，用于準(zhǔn)直輸出的高斯光束，以及調(diào)整高斯光束的半寬高；
[0024]凸透鏡2c，用于傅立葉相位調(diào)制變換，通過選擇焦距不同的凸透鏡可以得到光斑大小不同的艾里光束；
[0025]反射鏡3，用于光束的反射，本實(shí)施例選用前表面鍍銀的反射鏡；
[0026]空間光調(diào)制器4，用于輸出具有三階相位的高斯光束，得到三階相位，本實(shí)施例選用反射式空間調(diào)制器；
[0027]非局域介質(zhì)5，用于最終對艾里光束的分束，實(shí)現(xiàn)多孤子的輸出，本實(shí)施例選用的非局域介質(zhì)為向列相液晶晶體；
[0028]光探測器6，用于動態(tài)探測輸出光的變化過程，捕獲輸出的空間多孤子；
[0029]計算機(jī)7，用于對空間調(diào)制器的輸出相位進(jìn)行調(diào)制。
[0030]利用上述裝置設(shè)計的基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器，具體操作步驟如下:
[0031]1、由信號源I輸出線性偏振的高斯光束，初始高斯光束參見附圖2(a)，經(jīng)凸透鏡2a、2b后被準(zhǔn)直為半高寬為6.7毫米的高斯光束。通過改變凸透鏡2a和2b之間的距離，可以調(diào)整高斯光束的半寬高。
[0032]2、準(zhǔn)直高斯光束經(jīng)反射鏡3反射后，通過由計算機(jī)7操控加載了相位信息的空間光調(diào)制器4上，光束在調(diào)制器4前端反射回來。
[0033]3、將反射回來的光束經(jīng)過一個焦距可控的凸透鏡2c，經(jīng)過傅立葉相位調(diào)制變換后，得到了艾里光束，參見附圖2 (b)。
[0034]4、在凸透鏡2c后放置非局域介質(zhì)5，該非局域介質(zhì)5為向列相液晶晶體。讓艾里光束通過非局域介質(zhì)5，最終得到分束后的多孤子光束，參見附圖2(c)。
[0035]5、得到的多孤子光束經(jīng)光探測器6探測后，將最終空間多孤子光束輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的設(shè)計方案，其特征在于如下步驟: (1)由信號源輸出線性偏振的高斯光束，經(jīng)兩個凸透鏡后被準(zhǔn)直為半高寬為6.7毫米的高斯光束，通過改變兩個凸透鏡之間的距離，能夠調(diào)整高斯光束的半寬高； (2)將得到的準(zhǔn)直高斯光束反射后，通過加載了相位信息的空間光調(diào)制器，光束在調(diào)制器前端反射回來； (3)將反射回來的光束經(jīng)過一個焦距可調(diào)的凸透鏡，得到了艾里光束； (4)將得到的艾里光束通過非局域介質(zhì)，輸出分束后的多孤子光束，經(jīng)光探測器捕獲后輸出。2.—種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的裝置，包括信號源、凸透鏡、反射鏡、空間光調(diào)制器、非局域介質(zhì)、光探測器、計算機(jī)，其特征在于:由信號源輸出線性偏振的高斯光束，經(jīng)兩個凸透鏡后被準(zhǔn)直為半高寬為6.7毫米的高斯光束，通過改變兩個凸透鏡之間的距離，可以調(diào)整高斯光束的半寬高；將準(zhǔn)直后的高斯光束反射后通過由計算機(jī)操控加載了相位信息的空間光調(diào)制器，光束在調(diào)制器前端反射回來；將反射回來的光束經(jīng)過一個焦距可控的凸透鏡，實(shí)現(xiàn)傅立葉相位調(diào)制變換后，輸出了艾里光束；將艾里光束通過非局域介質(zhì)，得到分束后的多孤子光束，最終經(jīng)光探測器探測后輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的裝置，其特征在于:所述的反射鏡為前表面鍍銀反射鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的裝置，其特征在于:所述的空間調(diào)制器是由計算機(jī)操控，入射光束在空間光調(diào)制器上進(jìn)行相位調(diào)制后以反射的形式輸出，使用空間光調(diào)制器主要是為了得到三階相位。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的裝置，其特征在于:所述的焦距可調(diào)凸透鏡是為了實(shí)現(xiàn)傅立葉相位調(diào)制變換，最終得到艾里光束，通過選擇不同焦距的凸透鏡可以得到光斑大小不同的艾里光束。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的裝置，其特征在于:所述的非局域介質(zhì)為向列相液晶晶體，它能夠表現(xiàn)出強(qiáng)非局域特性。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于非局域介質(zhì)的空間頻率分束器的裝置，其特征在于:所述的光探測器用于動態(tài)探測分束后的多孤子光束。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光束的傳輸和變換技術(shù)，公開了一種利用非局域介質(zhì)實(shí)現(xiàn)空間頻率分束器的設(shè)計方案。由信號源輸出線性偏振的高斯光束，經(jīng)過兩個凸透鏡后被準(zhǔn)直，由反射鏡反射后，經(jīng)過由計算機(jī)操控加載了相位信息的空間光調(diào)制器，通過焦距可調(diào)的凸透鏡后得到艾里光束；將得到的艾里光束通過由強(qiáng)非局域介質(zhì)組成的器件后，形成多孤子光束，艾里光束的多峰結(jié)構(gòu)對應(yīng)了不同的空間頻率，經(jīng)非局域介質(zhì)后可以分束成空間間隔較大的多孤子，便于更好的接收。本發(fā)明直接利用非局域介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)空間頻率的分束，原理科學(xué)，容易實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以作為一種分束器對接收到的信號進(jìn)行分束，可用于光通信空間頻率波分復(fù)用中的分束器。
【IPC分類】G02B27/10
【公開號】CN104914585
【申請?zhí)枴緾N201510397066
【發(fā)明人】傅喜泉, 黃絲米, 白艷鋒, 施曉輝
【申請人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年7月8日