本发明专利技术涉及基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置，属于通信领域。波形发生器产生信号加载到马赫曾德尔调制器上，信号在光载波中传输，经偏振分束器分成两束相互垂直的偏振态的高斯光，经准直器后进入空间信道，分别入射到SLM上、下半区上，由SLM反射后，透射透镜并形成艾里光束，两束偏振态的艾里光束经合束器耦合后经光纤传输至接收端。本发明专利技术仅通过一个空间光调制器，形成两束艾里光束实现绕障传输，通过偏振复用技术使信号加载在双偏振态的艾里光束上，从而使信道容量提高了一倍，降低了系统及信号传输的成本。
The device of double polarization airy barrier signal transmission based on single SLM spatial partition
【技术实现步骤摘要】
基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置
本专利技术属于通信领域，涉及一种基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置。
技术介绍
衍射是光束的一个基本特性，它可被用来解释所有经典的波动现象。由于衍射的存在，光束在传播过程中光斑逐渐变大，能量逐渐发散。因此，在激光器专利技术的初期，人们就已经开始思考如何消除或抵消衍射作用。在非线性介质中，科研人员通过采用介质的自聚焦非线性实现了对光束衍射的抑制，即空间光孤子的形成机制。数年前，这种方法在实验上已经得到证实。然而，人们更期望能在自由空间实现无衍射光束，这种需求也使得无衍射光束成为近年来研究领域的一个重要课题。2007年，中佛罗里达大学的研究人员发现被指数“截趾”的艾里函数是薛定谔方程的解，基于这一发现他们在实验上第一次实现了携带有限能量艾里光束的产生。基于目前理论和实验的研究结果归纳总结，艾里光束具有三个新奇的特性，即自横向加速、无衍射和自修复。自横向加速，描述的是艾里光束在自由空间传播过程中其传输轨迹类似于重力作用下子弹的飞行弹道；无衍射，是指在传播过程中光场强度分布的轮廓近似保持不变；自修复，则是指艾里光束在自由空间传播过程中如果将一部分光强遮挡住，再经过一定距离的传输其强度分布轮廓会恢复到被遮挡之前的样子。艾里光束应属于无衍射光束的一种，但在目前发现的无衍射光束中横向加速特性是其独有的性质。若是利用这种激光束在自由空间输送能量，那么其自弯曲的抛物线轨迹可以使光能量照射到一定障碍物后面的目标。此外，艾里光束的自修复特性使其在自由空间光通信领域有着独特的应用前景，因为其在传播过程中受遮挡后可以自我修复，对其机制进行的理论分析表明，艾里光束在扰动环境中传输时的抗干扰能力要强于高斯光束。空间光调制器(SLM)是一类能将信息加载于一维或二维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件，能够实现对二维空间各点光强进行调制。空间光调制器价格高昂，在一般的艾里光束系统中，一个空间光调制器只对一束高斯光束进行相位调制，导致系统成本高，并且，信道容量不理想。
技术实现思路
本专利技术提出一种低成本、高信道容量的基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置。本专利技术所采用的技术方案为：基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置，包括发送端、空间信道和接收端，所述发送端分别向所述空间信道中发送携带波形信号且相互正交的x偏振态和y偏振态的高斯光；所述空间信道包括第一反射镜、第二反射镜、空间光调制器、第三反射镜、第四反射镜、第一透镜、第二透镜、第一分束器、第二分束器、第一四倍焦距成像系统、第二四倍焦距成像系统、合束器、第三准直器和计算机，所述空间光调制器与所述计算机相连；x偏振态高斯光经所述第一反射镜反射至所述空间光调制器上半区，在所述空间光调制器上半区上加载一个三次方相位产生，并反射至所述第三反射镜，所述第三反射镜的反射光透射所述第一透镜，经所述第一透镜的傅里叶变换，在所述第一透镜的焦平面位置产生x偏振态艾里光束；x偏振态艾里光束射至所述第一分束器，所述第一分束器将x偏振态艾里光束分为第一x偏振态艾里光束和第二x偏振态艾里光束，第一x偏振态艾里光束进入所述合束器，第二x偏振态艾里光束进入所述第一四倍焦距成像系统，所述第一四倍焦距成像系统用于观察x偏振态艾里光束的传输轨迹；y偏振态高斯光经所述第二反射镜反射至所述空间光调制器下半区，在所述空间光调制器下半区上也加载一个同样的三次方相位产生，并反射至所述第四反射镜，所述第四反射镜的反射光透射所述第二透镜，经所述第二透镜的傅里叶变换，在所述第二透镜的焦平面位置产生y偏振态艾里光束；y偏振态艾里光束射至所述第二分束器，所述第二分束器将y偏振态艾里光束分为第一y偏振态艾里光束和第二y偏振态艾里光束，第一y偏振态艾里光束进入所述合束器，第二y偏振态艾里光束进入所述第二四倍焦距成像系统，所述第二四倍焦距成像系统用于观察y偏振态艾里光束的传输轨迹；第一x偏振态艾里光束和第一y偏振态艾里光束经所述合束器耦合后，经所述第三准直器调成平行光，通过光纤传输至所述接收端；所述接收端对接收到的光信号进行处理，得到波形信号。进一步地，所述发送端包括波形发生器、马赫曾德尔调制器、偏振分束器、第一准直器和第二准直器，所述波形发生器产生的波形信号经所述马赫曾德尔调制器调制后输出为光信号，该光信号经所述偏振分束器分为相互正交的x偏振态和y偏振态的高斯光，x偏振态高斯光经所述第一准直器调直后，传输至所述空间信道；y偏振态高斯光经所述第二准直器调直后，传输至所述空间信道。进一步地，所述接收端包括掺铒光纤放大器、相干接收机和数字信号处理，所述掺铒光纤放大器将接收到的光信号进行放大后，传输至所述相干接收机，所述相干接收机内置本振光源；所述数字信号处理与所述相干接收机相连，用于信号处理。进一步地，所述三次方相位为：exp[jα(x-x0)3]，exp表示自然常数e为底的指数函数，j表示复数，α为三次方参数，x为一维艾里光束横坐标，x0为一维艾里光束横坐标变量。进一步地，所述第一透镜和所述第二透镜的焦距均为20cm。进一步地，所述第一四倍焦距成像系统和所述第二四倍焦距成像系统均包括CCD图像传感器、第五反射镜和两第三透镜，第二x偏振态艾里光束和第二y偏振态艾里光束分别射至对应四倍焦距成像系统的第三透镜上，透射光经第五反射镜反射，并透射另一第三透镜后，成像于CCD图像传感器上。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过将空间光调制器上、下分区，实现双偏振态的艾里光束的绕障传输。通过波形发生器将信号加载到马赫曾德尔调制器上，由偏振分束器形成水平和垂直偏振(x偏振和y偏振)的两束高斯光，再分别入射到空间光调制器的上半区和下半区，经反射后再分别经过透镜，在透镜焦点处形成艾里光束。本专利技术仅通过一个空间光调制器，形成两束艾里光束实现绕障传输，通过偏振复用技术(利用不同偏振态光携带信息进行通信)使信号加载在双偏振态的艾里光束上，从而使信道容量提高了一倍，降低了系统及信号传输的成本。附图说明图1为本专利技术的基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置结构示意图；图2为空间信道的结构示意图；图3为图2中的相位膜片放大图；图4为二维艾里光束场分布图；附图标记：1-波形发生器，2-马赫曾德尔调制器(MZM)，3-偏振分束器，4-第一准直器，5-第二准直器，6-第一反射镜，7-第二反射镜，8-空间光调制器(SLM)，9-第三反射镜，10-第四反射镜，11-第一透镜，12-第二透镜，13-第一分束器，14-第二分束器，15-第一四倍焦距成像系统，16-第二四倍焦距成像系统，17-合束器，18-第三准直器，19-掺铒光纤放大器，20-相干接收机，21-数字信号处理(DSP)，22-计算机，23-障碍物。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术的基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置，其特征在于，包括发送端、空间信道和接收端，所述发送端分别向所述空间信道中发送携带波形信号且相互正交的x偏振态和y偏振态的高斯光；/n所述空间信道包括第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、空间光调制器(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第一透镜(11)、第二透镜(12)、第一分束器(13)、第二分束器(14)、第一四倍焦距成像系统(15)、第二四倍焦距成像系统(16)、合束器(17)、第三准直器(18)和计算机(22)，空间光调制器(8)与计算机(22)相连；/nx偏振态高斯光经第一反射镜(6)反射至空间光调制器(8)上半区，在空间光调制器(8)上半区上加载一个三次方相位产生，并反射至第三反射镜(9)，第三反射镜(9)的反射光透射第一透镜(11)，经第一透镜(11)的傅里叶变换，在第一透镜(11)的焦平面位置产生x偏振态艾里光束；x偏振态艾里光束射至第一分束器(13)，第一分束器(13)将x偏振态艾里光束分为第一x偏振态艾里光束和第二x偏振态艾里光束，第一x偏振态艾里光束进入合束器(17)，第二x偏振态艾里光束进入第一四倍焦距成像系统(15)，第一四倍焦距成像系统(15)用于观察x偏振态艾里光束的传输轨迹；/ny偏振态高斯光经第二反射镜(7)反射至空间光调制器(8)下半区，在空间光调制器(8)下半区上也加载一个同样的三次方相位产生，并反射至第四反射镜(10)，第四反射镜(10)的反射光透射第二透镜(12)，经第二透镜(12)的傅里叶变换，在第二透镜(12)的焦平面位置产生y偏振态艾里光束；y偏振态艾里光束射至第二分束器(14)，第二分束器(14)将y偏振态艾里光束分为第一y偏振态艾里光束和第二y偏振态艾里光束，第一y偏振态艾里光束进入合束器(17)，第二y偏振态艾里光束进入第二四倍焦距成像系统(16)，第二四倍焦距成像系统(16)用于观察y偏振态艾里光束的传输轨迹；/n第一x偏振态艾里光束和第一y偏振态艾里光束经合束器(17)耦合后，经第三准直器(18)调成平行光，通过光纤传输至所述接收端；所述接收端对接收到的光信号进行处理，得到波形信号。/n...
【技术特征摘要】
1.基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置，其特征在于，包括发送端、空间信道和接收端，所述发送端分别向所述空间信道中发送携带波形信号且相互正交的x偏振态和y偏振态的高斯光；
所述空间信道包括第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、空间光调制器(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第一透镜(11)、第二透镜(12)、第一分束器(13)、第二分束器(14)、第一四倍焦距成像系统(15)、第二四倍焦距成像系统(16)、合束器(17)、第三准直器(18)和计算机(22)，空间光调制器(8)与计算机(22)相连；
x偏振态高斯光经第一反射镜(6)反射至空间光调制器(8)上半区，在空间光调制器(8)上半区上加载一个三次方相位产生，并反射至第三反射镜(9)，第三反射镜(9)的反射光透射第一透镜(11)，经第一透镜(11)的傅里叶变换，在第一透镜(11)的焦平面位置产生x偏振态艾里光束；x偏振态艾里光束射至第一分束器(13)，第一分束器(13)将x偏振态艾里光束分为第一x偏振态艾里光束和第二x偏振态艾里光束，第一x偏振态艾里光束进入合束器(17)，第二x偏振态艾里光束进入第一四倍焦距成像系统(15)，第一四倍焦距成像系统(15)用于观察x偏振态艾里光束的传输轨迹；
y偏振态高斯光经第二反射镜(7)反射至空间光调制器(8)下半区，在空间光调制器(8)下半区上也加载一个同样的三次方相位产生，并反射至第四反射镜(10)，第四反射镜(10)的反射光透射第二透镜(12)，经第二透镜(12)的傅里叶变换，在第二透镜(12)的焦平面位置产生y偏振态艾里光束；y偏振态艾里光束射至第二分束器(14)，第二分束器(14)将y偏振态艾里光束分为第一y偏振态艾里光束和第二y偏振态艾里光束，第一y偏振态艾里光束进入合束器(17)，第二y偏振态艾里光束进入第二四倍焦距成像系统(16)，第二四倍焦距成像系统(16)用于观察y偏振态艾里光束的传输轨迹；
第一x偏振态艾里光束和第一y偏振态艾里光束经合束器(17)耦合后，经第三准直器(18...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，吴泳锋，张丽佳，渠松松，赵立龙，孙婷婷，忻向军，毛雅亚，刘少鹏，宋真真，王俊锋，哈特，姜蕾，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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