基于光子自旋角动量模式的光控真延时技术研究

Optical true time delay (TTD) is the fundamental technique of establishing optical controlled phased array antennas. Optical orbital angular momentum (OAM), which is a dimension of electro-magnetic field of increasing interest, has not yet been employed in microwave photonic systems such as optical TTD system. This program is aimed to characterize the propagation and chromatic dispersion performance of optical OAM modes transmitting in ring fibers, and demonstrate the possibility of adopting the optical OAM modes to implement optical TTD, as well as search for the theory and strategies of monitoring OAM modes in optical TTD systems, and realize optical TTD in a novel dimension employing the OAM mode dispersion. We also anticipate combining this technique with the traditional TTD techniques, implementing multi-dimension time delay control, realizing an optical TTD system which supports two dimension multi-beam scan and designing. Through this project, a ring fiber structrue will be studied and designed for optical TTD technology, and design an X-band TTD structure with four channels, and realizing time delay of 1000ps.

光控真延时技术是构建光控相控阵天线的支撑技术，而光子自旋角动量（OAM）则是近年来重回研究者视野的电磁场维度，至今尚未被应用于光真延时技术等微波光子系统中。本项目拟研究光OAM模式在环形折射率光纤中的传播特性、色散特性，探索利用光OAM模式实现光真延时技术的可能性，研究光控真延时网络中OAM模式调控的机理与策略，以期利用OAM模式色散在新的维度实现光控真延时；进一步将其与传统真延时技术相结合，探索多维度延时控制的实现方案，探索支持二维多波束扫描的光控真延时网络结构。通过项目开展，设计适合于光真延时技术的环形光纤结构、并最终设计X波段、4路光真延时线结构，实现延时1000ps。

光子自旋角动量（OAM）是近年来重回研究者视野的电磁场维度，至今尚未被应用于光真延时技术等微波光子系统中。本项目拟研究光OAM模式在环形折射率光纤中的传播特性、色散特性，探索利用光OAM模式实现光真延时技术的可能性，研究光控真延时网络中OAM模式调控的机理与策略，以期利用OAM模式色散在新的维度实现光控真延时。..经过三年课题研究，设计了单环形芯、多环形芯、保偏环形芯OAM光纤，并外协加工了多种OAM光纤，单环光纤可以支持6个模式、多环光纤可以支持24个模式；理论设计、仿真和实验测试了多种OAM波导的色散特性：设计的单环光纤，其各模式色度色散分别为15.9ps/(nm*km)、21.9ps/(nm*km)、31.7ps/(nm*km)，模式间差分模式延时为：5329 ps/km，9306 ps/km，14635ps/km，其模间色散远大于色度色散，可以以较短光纤提供大延时；..研究了高纯度OAM模式产生方法及耦合方法；设计了利用空间光调制器控制延时切换的光学系统及控制方法；开展了OAM模式电磁场的相位调控研究，实现了基于光学原理的OAM微波波束产生；开展了OAM延时线设计研究，实现了利用1km的OAM光纤实现了14ns以上的光延时。