[发明专利]一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法及系统

权利要求书

1.一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，其特征在于，包括：

通过调节拉盖尔高斯光束的轨道角动量和相位差，将不同轨道角动量的拉盖尔高斯光束在相位差模式下叠加，以将待传输数字信号编码为复合涡旋光束；

通过模拟的大气湍流的功率谱得到随机相位屏的相位功率谱，以此构建大气湍流相位屏；

通过大气湍流相位屏进行复合涡旋光束传输的模拟，并获取复合涡旋光束传输后的光斑，采用训练后的解码器对光斑进行解码得到待传输数字信号。

2.如权利要求1所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，其特征在于，叠加过程包括：采用轨道角动量相差为2的拉盖尔高斯光束进行共轴叠加得到复合涡旋光束，通过调节相位差改变复合涡旋光束的光强。

3.如权利要求2所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，其特征在于，采用轨道角动量为3和5的两束拉盖尔高斯光束进行共轴叠加。

4.如权利要求1所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，其特征在于，大气湍流相位屏的构建过程包括：根据功率谱反演法模拟大气湍流，通过大气湍流的功率谱得到随机相位屏的相位功率谱，根据随机相位屏的相位功率谱得到随机相位屏的相位谱方差，根据随机相位屏的相位谱方差构建大气湍流随机相位屏。

5.如权利要求1所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，其特征在于，在模拟光束传输时，设置的模拟参数包括光束束腰、波长、径向指数、轨道角动量、大气湍流的强度、大气湍流的内尺寸、大气湍流的外尺寸、相位屏分辨率和相位屏之间的间隔。

6.如权利要求1所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，其特征在于，采用预训练的卷积神经网络构建所述编码器，具体包括一个7×7的卷积层、一个最大池化层、一个由恒等块和卷积块构成的残差块和一个全局平均池化层。

7.如权利要求6所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，其特征在于，所以残差块包括一个卷积块和多个恒等块串联而成，卷积块包括四个卷积层，恒等块包括三个卷积层，且恒等块串联连接。

8.一种基于复合涡旋光束的编码光通信系统，其特征在于，包括：

编码模块，接收拉盖尔高斯光束，用于通过调节拉盖尔高斯光束的轨道角动量和相位差，将不同轨道角动量的拉盖尔高斯光束在相位差模式下叠加，以将待传输数字信号编码为复合涡旋光束；

传输模拟模块，用于通过模拟的大气湍流的功率谱得到随机相位屏的相位功率谱，以此构建大气湍流相位屏，通过大气湍流相位屏进行复合涡旋光束传输的模拟；

解码模块，接收复合涡旋光束传输后的光斑，用于根据复合涡旋光束传输后的光斑，采用训练后的解码器进行解码，得到待传输数字信号。

9.如权利要求8所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信系统，其特征在于，所述编码光通信系统包括依次设置的激光器、衰减片、透镜和偏振片，由激光器产生的拉盖尔高斯光束经衰减片和透镜后，进行拉盖尔高斯光束的扩束和准直，经偏振片后得到单一偏振方向的拉盖尔高斯光，从而通过编码模块将待传输数字信号编码编码成具有不同相位的复合涡旋光束。

10.如权利要求9所述的一种基于复合涡旋光束的编码光通信系统，其特征在于，所述复合涡旋光束进行不同相位的空间光调制生成对应的复合涡旋光束。