[发明专利]一种基于光束轨道角动量态的非相干叠加键控方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于光束轨道角动量态的非相干叠加键控方法与系统。本发明通过非相干叠加的方法对光束轨道角动量态和振幅两种不同维度分别进行调制生成的涡旋光束进行复合，且利用深度学习网络实现对生成的复合涡旋光束进行解调，提高了系统的解调速度和准确率，同时也降低了对空间光调制器调制速率的要求。本发明的基于光束轨道角动量态的非相干叠加键控系统中，数字信号的调制与解调均可分别采用光学系统和深度学习网络系统来实现，解调结构十分简单，并降低了系统成本。本发明相比于现有的基于光束轨道角动量态的解调方法与系统相比具有很大的改进，在自由空间光通信系统中具有广泛的应用前景。

技术领域：

本发明属于光通信的信息传输技术领域，具体涉及一种基于光束轨道角动量态的非相干叠加键控方法与系统

背景技术：

轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)拥有不同于波长/频率、时间、复振幅(幅度，相位)、偏振这些维度，是一种新的物理维度，也是一种新的自由度，跟其他维度彼此相互独立。携带OAM的涡旋光具有连续螺旋相位波前，强度分布图呈现中心为暗斑的亮环。理论上，由于OAM模式值取值无限且携带不同整数阶OAM的光束之间相互正交，这启发了人们可将OAM光束的空间维度资源作为信息的载体，应用于自由空间光(free spaceoptical，FSO)通信领域来摆脱通信资源日益紧缩的困境。

复合涡旋光束的生成分为相干叠加和非相干叠加两种方式。相干叠加实现需要满足的条件较苛刻，且多个光源实现相干叠加是困难的，相干叠加后光场为干涉光，其光强容易受不同涡旋光束相干光场叠加区域的相位差的影响。非相干光场的叠加属于光强叠加，总光强处处等于各个光束的光强之和，比较容易实现。不论相干叠加和非相干叠加都会保留“涡旋”这一特性。

在OAM编码技术中，虽然基于光束轨道角动量态和振幅两种不同维度的编码方法能有效实现更高比特信息量的编码，但是它的解调结构比较复杂且对空间光调制器要求较高，所以当前需开发新的技术，使得对利用两种不同维度的编码方式产生的涡旋光束解调速度更快和准确率更高，且能降低对空间光调制器调制速率的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的空间光调制器的调制速率较低和OAM光束解调速度慢的缺陷，提供一种基于光束轨道角动量态的非相干叠加键控方法与系统，通过非相干叠加的方法对光束轨道角动量态和振幅两种不同维度分别进行调制生成的涡旋光束进行复合，且利用深度学习网络实现对生成的复合涡旋光束进行解调，极大提高了系统的解调速度和准确率，同时也降低了对空间光调制器调制速率的要求，而且系统结构简单易于实现。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于光束轨道角动量态的非相干叠加键控方法，其特征在于，包括步骤：

S1：第一电子脉冲控制激光器、第二电子脉冲控制激光器、第三电子脉冲控制激光器和第N电子脉冲控制激光器产生N路不同序列的光脉冲，所述产生的高斯光束同时分别通过第一空间光调制器、第二空间光调制器、第三空间光调制器和第N空间光调制器进行调制。

S2：第一空间光调制器输出的调制信号和第二空间光调制器输出的调制信号通过第一光学分束器，第三空间光调制器输出的调制信号和第四空间光调制器输出的调制信号通过第二光学分束器直到第N-1空间光调制器输出的调制信号和第N空间光调制器输出的调制信号通过第N/2光学分束器。第一光学分束器和第二光学分束器通过第N/2+1光学分束器，第三光学分束器和第四光学分束器通过第N/2+2光学分束器直到第N/2光学分束器和第N/2-1光学分束器通过第N/2+N/4光学分束器,第N/2+1光学分束器和第N/2+2光学分束器通过第N/2+N/4+1以此类推直到第N-3光学分束器和第N-2光学分束器通过第N-1光学分束器得到非相干叠加的复合涡旋光束。

S3:所述的复合涡旋光束依次经过大气湍流信道和CCD相机，得到复合涡旋光束在大气湍流影响下随着时间变化的强度分布图。