能產(chǎn)生并傳輸射頻軌道角動量的光學鏈路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及產(chǎn)生與傳輸攜帶軌道角動量波束領(lǐng)域，尤其涉及一種產(chǎn)生并傳輸射頻 軌道角動量的光學鏈路。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信使用量的增加，頻譜資源日趨減少，提高通信系統(tǒng)的容量和速率已經(jīng)成 為了首要問題。電磁波的角動量分為自旋角動量與軌道角動量，自旋角動量對應于波束的 極化狀態(tài)，而軌道角動量則還沒有被使用。因此，利用軌道角動量是一種提高頻譜效率的新 方法。攜帶軌道角動量的電磁波具有螺旋形的相位波前，此相位與空間方位角和軌道角動 量的模態(tài)數(shù)有關(guān)。模態(tài)數(shù)不同的軌道角動量波束是完全正交的，所以具有可復用性。當有 幾個不同軌道角動量模態(tài)數(shù)的波束通過復用合在一個波束上，其中每個軌道角動量都攜帶 獨立數(shù)據(jù)，那么通信系統(tǒng)的容量和頻譜效率就提高了幾倍。理論上，軌道角動量的模態(tài)數(shù)是 可以取到無窮大的。因此，利用攜帶軌道角動量的波束來提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜效率 具有很好的發(fā)展前景。
[0003] 目前，對于軌道角動量的研宄分別集中在光頻和射頻波段。光頻軌道角動量波束 的產(chǎn)生方法主要有全息圖形，螺旋相位板等，射頻軌道角動量波束的產(chǎn)生方法主要有螺旋 相位板，賦型天線，陣列天線等。這兩種軌道角動量波束都有各自的不足之處。由于光波的 波長小，光頻軌道角動量波束的相位容易受到散射和大氣湍流影響，使得波束發(fā)生畸變。射 頻軌道角動量波束直徑隨著傳播距離的增加而顯著變大，會造成接收端接收困難。這兩種 情況均不利于軌道角動量波束的遠距離傳播。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用光載射頻技術(shù)、自由空間光學，設計光學鏈路，從 而產(chǎn)生并傳輸攜帶射頻軌道角動量波束的光學鏈路。
[0005] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取技術(shù)方案為：
[0006] 本發(fā)明包括光載射頻鏈路和自由空間光學鏈路，所述的光載射頻鏈路包括激光 器、電光調(diào)制器、光放大器、光電探測器；射頻信號通過電光調(diào)制器調(diào)制到激光器發(fā)出的光 束上，該光束進入自由空間光學鏈路輸入端；從自由空間光學鏈路輸出端出來的光束經(jīng)過 光放大器放大后進入光電探測器實現(xiàn)射頻信號的恢復；所述的自由空間光學鏈路包括第一 準直器、第二準直器、第一分束器、第二分束器、第一反射鏡和第二反射鏡；第一準直器作為 自由空間光學鏈路的輸入端，空間光波束通過第一分束器透射到第一反射鏡上，反射的空 間光波束經(jīng)過第一分束器反射到第二分束器，再通過第二分束器透射到第二反射鏡上，第 二反射鏡反射的空間光波束通過第二分束器反射到第二準直器，第二準直器作為自由空間 光學鏈路的輸出端。
[0007] 所述的第一反射鏡或第二反射鏡在不同方位角反射光束的空間位置不同，使得同 一空間光波束上不同方位角的光程不同，從而改變射頻信號的相位。
[0008] 所述的第一反射鏡反射的空間光波束攜帶有射頻軌道角動量信號。
[0009] 所述的第一反射鏡和第二反射鏡結(jié)構(gòu)相同，形狀互補；第二反射鏡將不同方位角 的光程進行補償，從而將光束上的射頻信號的相位還原，恢復原始信號。
[0010] 所述的第一反射鏡和第二反射鏡在周向上均是階梯狀結(jié)構(gòu)，每個階梯之間的高度 差遠大于光波長，但與射頻信號的波長在同一數(shù)量級，通過改變每個階梯之間的高度差實 現(xiàn)對射頻信號隨方位角的移相。兩個相鄰的階梯結(jié)構(gòu)的高度差為D，則相鄰階梯結(jié)構(gòu)反射光 束的延時差AT為：
【主權(quán)項】
1.能產(chǎn)生并傳輸射頻軌道角動量的光學鏈路，其特征在于：包括光載射頻鏈路和自由 空間光學鏈路，所述的光載射頻鏈路包括激光器、電光調(diào)制器、光放大器、光電探測器；射頻 信號通過電光調(diào)制器調(diào)制到激光器發(fā)出的光束上，該光束進入自由空間光學鏈路輸入端； 從自由空間光學鏈路輸出端出來的光束經(jīng)過光放大器放大后進入光電探測器實現(xiàn)射頻信 號的恢復；所述的自由空間光學鏈路包括第一準直器、第二準直器、第一分束器、第二分束 器、第一反射鏡和第二反射鏡；第一準直器作為自由空間光學鏈路的輸入端，空間光波束 通過第一分束器透射到第一反射鏡上，反射的空間光波束經(jīng)過第一分束器反射到第二分束 器，再通過第二分束器透射到第二反射鏡上，第二反射鏡反射的空間光波束通過第二分束 器反射到第二準直器，第二準直器作為自由空間光學鏈路的輸出端； 所述的第一反射鏡或第二反射鏡在不同方位角反射光束的空間位置不同，使得同一空 間光波束上不同方位角的光程不同，從而改變射頻信號的相位； 所述的第一反射鏡反射的空間光波束攜帶有射頻軌道角動量信號； 所述的第一反射鏡和第二反射鏡結(jié)構(gòu)相同，形狀互補；第二反射鏡將不同方位角的光 程進行補償，從而將光束上的射頻信號的相位還原，恢復原始信號； 所述的第一反射鏡和第二反射鏡在周向上均是階梯狀結(jié)構(gòu)，每個階梯之間的高度差遠 大于光波長，但與射頻信號的波長在同一數(shù)量級，通過改變每個階梯之間的高度差實現(xiàn)對 射頻信號隨方位角的移相；兩個相鄰的階梯結(jié)構(gòu)的高度差為D，則相鄰階梯結(jié)構(gòu)反射光束 的延時差A T為； A 2。 At =-- c 其中C為真空中光速，造成的射頻信號相位的差異為；
其中fw為射頻信號的頻率；由于軌道角動量波束的相位隨方位角周期性變化的特性， 相鄰的階梯結(jié)構(gòu)對射頻信號相位的改變差滿足： 、 2兄/ =- N 其中1為軌道角動量的模態(tài)，N為整個周向上階梯結(jié)構(gòu)的個數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種能產(chǎn)生并傳輸射頻軌道角動量的光學鏈路。目前的射頻軌道角動量波束直徑隨著傳播距離的增加而顯著變大，會造成接收端接收困難。本發(fā)明包括光載射頻鏈路和自由空間光學鏈路，所述的光載射頻鏈路包括激光器、電光調(diào)制器、光放大器、光電探測器；射頻信號通過電光調(diào)制器調(diào)制到激光器發(fā)出的光束上，該光束進入自由空間光學鏈路輸入端；從自由空間光學鏈路輸出端出來的光束經(jīng)過光放大器放大后進入光電探測器實現(xiàn)射頻信號的恢復。本發(fā)明結(jié)合了射頻軌道角動量波束不易受到干擾的特點與光頻軌道角動量波束不易發(fā)散的特點，改善了軌道角動量波束傳播的質(zhì)量，減小了波束的畸變，從而提高了波束的傳輸效率。
【IPC分類】H04B10-11, H04B10-40
【公開號】CN104601245
【申請?zhí)枴緾N201410850243
【發(fā)明人】徐晨, 鄭史烈, 章獻民, 金曉峰, 池灝
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月30日