[发明专利]电磁波量子态轨道角动量通信系统及方法

权利要求书

1.一种电磁波量子态轨道角动量通信系统，其特征在于，所述系统包括发射子系统、接收子系统；其中，

所述发射子系统包括依次连接的第一高压电源、第一高速电子枪、第一电子回旋产生模块、轨道角动量量子发射器、轨道角动量模态选择器、波束赋形辐射器，以及与所述轨道角动量量子发射器连接的电磁波调制模块；

所述接收子系统包括依次连接的第二高压电源、第二高速电子枪、第二电子回旋产生模块、轨道角动量量子耦合器、衍射放大装置、电子分选装置、接收解调器以及数据处理单元；

所述发射子系统用于发射加载有调制数据的复用量子态轨道角动量电磁波信号；

所述接收子系统用于接收耦合所述复用量子态轨道角动量电磁波信号，以对所述复用量子态轨道角动量电磁波信号进行解复用和解调处理，并对解复用和解调处理后的数据进行数据处理；其中，在所述发射子系统中，

所述第一高速电子枪，用于产生第一自由电子；

所述第一高压电源，用于提供直流高压，将所述第一自由电子加速至相对论高速状态，形成高速运动的电子；

所述第一电子回旋产生模块，用于将所述高速运动的电子转变为第一高速回旋运动的电子；

所述轨道角动量量子发射器，用于基于所述第一高速回旋运动的电子发射量子态轨道角动量电磁波；

所述电磁波调制模块，用于将通信数据调制至所述量子态轨道角动量电磁波上；

所述轨道角动量模态选择器，用于从调制后的量子态轨道角动量电磁波中筛选出所需模态和频率的量子态轨道角动量电磁波；

所述波束赋形辐射器，用于将筛选出的量子态轨道角动量电磁波辐射到自由空间；

在所述接收子系统中，

所述第二高速电子枪，用于产生第二自由电子；

所述第二高压电源，用于提供直流高压，将所述第二自由电子加速至相对论高速状态，形成高速运动的电子；

所述第二电子回旋产生模块，用于将所述高速运动的电子转变为第二高速回旋运动的电子；

所述轨道角动量量子耦合器，用于将自由空间中的所述量子态轨道角动量电磁波耦合到所述第二高速回旋运动的电子，形成涡旋电子；

所述衍射放大装置，用于对所述涡旋电子进行衍射，以放大扩散所述涡旋电子波束的尺度；

所述电子分选装置，用于分离不同轨道角动量的涡旋电子波束至自由空间中的不同位置；

所述接收解调器，用于对分选到不同位置的涡旋电子波束进行接收和解调，以获取与所述涡旋电子对应的传输数据并完成系统通信；

所述数据处理单元，用于对所述传输数据进行数据处理。

2.如权利要求1所述的电磁波量子态轨道角动量通信系统，其特征在于，

所述数据处理包括信道估计、信道译码和信源译码。

3.如权利要求1所述的电磁波量子态轨道角动量通信系统，其特征在于，

所述第一电子回旋产生模块、所述第二电子回旋产生模块分别包括传播方向匀强磁场、波荡磁场、静电静磁混合场。

4.如权利要求1所述的电磁波量子态轨道角动量通信系统，其特征在于，

所述量子态轨道角动量电磁波包括光波、射线、微波、毫米波以及太赫兹波中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的电磁波量子态轨道角动量通信系统，其特征在于，

所述轨道角动量模态选择器为谐振腔和/或波导。

6.如权利要求1所述的电磁波量子态轨道角动量通信系统，其特征在于，

所述波束赋形辐射器为矩形波导、圆波导、平行平板波导或反射面中的任意一种。

7.如权利要求1所述的电磁波量子态轨道角动量通信系统，其特征在于，

所述复用量子态轨道角动量电磁波信号包括同一频率中的多个不同轨道角动量模态且正交传输的调制信号。

8.一种电磁波量子态轨道角动量通信方法，其特征在于，利用如权利要求1至7任一项所述的电磁波量子态轨道角动量通信系统对携带数据的轨道角动量信号进行传输；其中，所述方法包括：

发射子系统发射加载有调制数据的复用量子态轨道角动量电磁波信号；

接收子系统对所述复用量子态轨道角动量电磁波信号进行接收并处理，以对所述复用量子态轨道角动量电磁波信号进行解复用和解调处理，并对解复用和解调处理后的数据进行数据处理，实现通信。