[发明专利]一种大气湍流畸变光斑的模式分解方法、设备以及介质

说明书

本发明涉及光学通信领域，具体地，提供一种大气湍流畸变光斑的模式分解方法、计算机设备以及介质，使用SVD奇异值分解，设定好预计达到的重构光斑与原畸变光斑的相似度值，根据该相似度值确定奇异值个数，进而确定模式分解的数量，本方法不受限于特定的模式种类，可以直接将畸变光斑分解为一定数量的子模式组合，能够有效将畸变光斑分解为一定数量的模式组合，重构出的畸变光斑与原始畸变光斑的相似度较高，对于实现基于多平面光转换矫正大气湍流具有很好的研究意义。

技术领域

本发明涉及光学通信领域，特别涉及一种大气湍流畸变光斑的模式分解方法、计算机设备以及存储介质。

背景技术

在6G网络的建设过程中，空间激光通信扮演着重要的角色，而在星地空间激光通信链路中，大气湍流会影响耦合的稳定性，因此需要对其进行矫正。

MPLC(Multi-Plane Light Conversion,多平面光转换)器件是一种自由空间型器件，通过在连续相位屏上的多次反射，可以实现任意模式间的转换。相比传统自适应光学具有结构简单、体积小、无源的优点，在不同湍流状态下都有着较好的鲁棒性，且有利于激光通信终端的轻小型化发展，在激光通信的自适应调整方面具有很大的发展潜力和应用前景。因此可以将受大气湍流影响而发生畸变光斑先分解为模式的组合，然后使用MPLC转换为基模光阵列，最终耦合进单模光纤，有效提高空间光耦合进单模光纤的耦合效率。

上述基于MPLC实现大气湍流矫正的系统首先需要对受大气湍流影响而畸变的光斑的模式组成进行分解。针对模式分解，研究人员提出了将畸变光斑用厄米-高斯(Hermite-Gauss，HG)模式的组合来表示的方式，然而组成畸变光斑所需的HG模式阶数无法提前预知，因此重构出的畸变光斑与原始畸变光斑的相似度较低，分解效果不理想，对MPLC进行模式转换的转换效率也产生影响，最终影响单模光纤的耦合效率。

针对湍流畸变光斑的模式分解，目前多采用HG模式作为基底，用HG模式的基模和高阶模的模式组合来表示。在使用HG模式构建湍流畸变光斑时，受算法限制，需要提前给定一个多阶HG模式库，在库内选取模式进行模式分解，由于HG模式有无限多阶且为一个极大无关向量组，因此，所需HG模式阶数无法提前预知，未包含在提前设定好的HG模式库的模式也无法使用HG模式库来表示，因此，分解重构光斑与原光斑的相似程度较低，分解效果不理想，输入进MPLC进行模式转换时，转换效率也会受到影响，最终影响耦合效率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例中提供一种大气湍流畸变光斑的模式分解方法、计算机设备以及存储介质。

第一方面，本发明提供一种大气湍流畸变光斑的模式分解方法，包括：

令高斯光束经过湍流相位屏，使所述高斯光束的光斑的波前发生畸变，产生畸变光斑；

对所述畸变光斑进行奇异值分解SVD分解，根据目标相似度值确定选取的奇异值个数；

基于分解的模式个数与选取的奇异值个数相等，生成相应的模式。

作为一种可选的方案，所述令高斯光束经过湍流相位屏，使光斑的波前发生畸变，产生畸变光斑，包括：

采用多相位屏法模拟大气湍流，使用功率谱反演法得到大气扰动的相位分布；

令高斯光斑经过大气湍流相位屏，得到畸变光斑E，其中E为一个m*n的矩阵，矩阵的秩为r。

作为一种可选的方案，所述对所述畸变光斑进行奇异值分解SVD分解，根据目标相似度值确定选取的奇异值个数，包括：