[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

说明书

本发明公开了基于高斯贝塞尔‑轨道角动量的光通信编解码方法，该方法将高斯贝塞尔‑轨道角动量与光通信系统相结合，由于OAM光的螺旋相位特性，单光子OAM态取值可以从负无穷到正无穷，并且不同OAM态取值函数相互正交的特性，能极大的提升信道容量。此外，相对于单一轨道角动量每个l只能编码一个数字；本发明利用高斯贝塞尔轨道角动量叠加模式，使M个l能编码2^M个数字，将系统所能携带的比特信息提升到M比特，为通信系统容量的提升提供了一种崭新的方法。

技术领域

本发明涉及基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，具体涉及采用高斯贝塞尔-轨道角动量态L叠加模式作为信息载体的编解码方法，属于光通信技术领域。

背景技术

随着21世纪的到来，通信信息技术飞速发展，人类对信息资源的需求也越来越大，特别是近十年的数据业务发展更加是爆炸式地增长。光通信系统能达到更高的数据传输容量和高的频谱利用率，成为人们关注的热点。为了得到更大容量的通信系统，人们开始利用光波的不同物理特征实施信息复用。光波信号的有效复用传输方式，包括波分复用(Wavelength-Division Multiplexing，WDM)、极化复用(Polarization-DivisionMultiplexing，PDM)、时分复用(Time-Division Multiplexing，TDM)和空分复用(Space-Division Multiplexing，SDM)。近些年，研究发现轨道角动量(Orbital AngularMomentum，OAM)，OAM态与光子的能量、波长、极化等特性一样，已成为一种信息复用通信的新型自由度。

轨道角动量态是经典力学和量子力学的基本物理量。1992年，荷兰物理学家Allen首次实验证实拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian，LG)光除了具有线动量和自旋角动量(Spin Angular Momentum，SAM)之外，还具有l＝的轨道角动量，其中l为方位角指数，又称为拓扑荷(Topological Charge)，＝为h/2π，h为普朗克常数。OAM态属于光子角动量的一种。光子角动量分为自旋角动量和轨道角动量。SAM与光的偏振有关，而OAM与波函数的空间分布有关，它含有一个旋转相位因子e^ilθ，θ为传播方位角。OAM态是螺旋相位射线束的自然特性，无论是电子束、射频还是光波都具有该特性。与光子的SAM仅有两种取值不同，单光子OAM态取值可以从负无穷到正无穷，并且不同OAM态取值函数相互正交，利用OAM态的这两种性质很适合做OAM态复用光通信。2012年6月，Wang等人提出利用空间光调制器(SpatialLight Modulator，SLM)演示并通过基于轨道角动量复用的新型高速通信方式，它能在不需要额外频谱带宽的情况下，极大地提升系统的传输速率。这意味着利用轨道角动量新型自由度空间量，为通信系统容量的提升提供一种崭新的方法。

贝塞尔光束由于其长焦深、无衍射、自恢复等特性，目前被广泛关注。当贝塞尔光束的主瓣被介质中障碍物遮挡后，经过一定距离的传输，还能够重新愈合并稳定传输。此外，在对抗大气湍流方面，尽管大气湍流的影响改变了贝塞尔光束无衍射传播的距离，但是贝塞尔光束在一定程度上仍然可以保持其中心光斑恒定的大小和强度，在湍流大气中可以较小的受到大气湍流的影响。因此，贝塞尔光束在光通信中有很大的发展前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，采用高斯贝塞尔轨道角动量叠加模式作为编解码过程中的信息载体，实现更高速率的通信。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于高斯贝塞尔-轨道角动量的光通信编解码方法，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：