[发明专利]基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法

权利要求书

1.基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在发送端，使用M种轨道角动量态L的叠加模式为：

其中，L为发送的叠加态，a_i为叠加系数，为l_i阶第一类贝塞尔函数，l_i为轨道角动量模式拓扑荷，β为波矢的横向分量，r为高斯贝塞尔光束半径，t为虚数单位，θ为传播方位角，w₀为角频率；

步骤2，对于M种轨道角动量模式拓扑荷l_i，根据每种l_i的发送与否决定叠加系数a_i：若发送l_i则a_i为1，若不发送l_i则a_i为0；将各个a_i进行组合，得到由a₁,a₂,…,a_M组合的2^M种发送方式，将每种发送方式用一数列表示，得到数列为将每个数列A_a(a＝1,2,…,2^M)编码成一个相对应的十进制数字a，完成编码，并将编码所对应的M种轨道角动量模式拓扑荷的叠加态经信道发送出去；

步骤3，在接收端，依次加载轨道角动量模式为l'_m＝-l_i的螺旋相位，对接收的叠加态进行逐一探测，i＝1,…,M，m＝1,…,M；当l'_m＝-l_i时，中心若为亮点，则a_i＝1，若为暗斑，则a_i＝0；

步骤4，根据探测结果a₁,a₂,…,a_M，还原出发送的叠加态，即可得到对应的编码值，完成解码。

2.根据权利要求1所述基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，其特征在于，步骤3所述接收端，在考虑传输过程中受到衍射的影响，接收到的叠加模式为：

其中，L'(ρ,φ,Z)为接收的叠加态，w_r＝2Z/kw₀，ρ_r＝k_rZ/k，a_i为叠加系数，t为虚数单位，k为波数，Z为传输距离，λ为波长，ρ为二维坐标下的径向半径，w₀为角频率，k_r为径向的波数，I_li为l_i阶第一类修正贝塞尔函数，l_i为轨道角动量模式拓扑荷，φ为二维坐标下的角度。

3.根据权利要求1所述基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，其特征在于，步骤3所述探测结果公式如下：

其中，a_m为探测结果，t为虚数单位，k为波数，Z为传输距离，λ为波长，w_r＝2Z/kw₀，w₀为角频率，ρ_r＝k_rZ/k，k_r为径向的波数，ρ为二维坐标下的径向半径，I_lm为l_m阶第一类修正贝塞尔函数，i＝1,…,M，m＝1,…,M。

4.根据权利要求1所述基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，其特征在于，步骤1所述M种轨道角动量态L的叠加模式，每种叠加模式携带的信息量为：

其中，H(X)为信息熵，P(A_a)为组合A_a的概率，M为叠加态中包含的轨道角动量模式拓扑荷数。

5.根据权利要求4所述基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，其特征在于，所述组合A_a的概率为等概时，即H(X)取得最大值为M比特，M为叠加态中包含的轨道角动量模式拓扑荷数。