一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法及系统，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。使用不同轨道角动量的拉盖尔高斯光束叠加形成复合涡旋光束，通过调控涡旋光束间的相位差使叠加光强发生变化，实现使用有限的拓扑荷提高通信的信道容量，增强译码准确率，提高光通信系统的可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法及系统


[0001]本专利技术涉及光通信
，特别是涉及一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着信息技术的发展，物联网、大数据、元宇宙等技术的出现，人们对数据的需求量急剧增加。急剧增长的频谱需求与有限的频谱资源的矛盾越来越突出，迫切的需要一种新的高速率、大容量、高稳定的通信系统来提高频谱效率，扩大信道容量。涡旋光束具有螺旋的波前相位，它的螺旋相位exp(ilθ)，(l为拓扑荷数或轨道角动量模式值，θ为方向角)，轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)模式值理论上是无限的，且携带不同OAM的光束之间相互正交，将OAM光束应用到自由空间光通信中能够极大地提高通信系统的信道容量。然而，大拓扑荷的涡旋光束存在产生困难且不容易接收解调的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法及系统，使用不同轨道角动量的拉盖尔高斯光束叠加形成复合涡旋光束，通过调控涡旋光束间的相位差使叠加光强发生变化，实现使用有限的拓扑荷提高通信的信道容量，增强译码准确率，提高光通信系统的可靠性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法，包括：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]作为可选择的实施方式，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。
[0011]作为可选择的实施方式，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。
[0012]作为可选择的实施方式，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。
[0013]作为可选择的实施方式，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。
[0014]作为可选择的实施方式，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。
[0015]作为可选择的实施方式，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。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种基于复合涡旋光束的编码光通信系统，包括：
[0017]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；
[0018]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；
[0019]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。
[0020]作为可选择的实施方式，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。
[0021]作为可选择的实施方式，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。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术提出一种基于复合涡旋光束的编码光通信方法及系统，基于复合涡旋光束的轨道角动量及相位进行编码调制，以及基于卷积神经网络构建编码器进行解调，使用两束拓扑荷数为3和5的拉盖尔高斯光束叠加形成复合涡旋光束，通过调控两束涡旋光束之间的相位差使叠加光强发生变化，构造编码光通信系统，使用有限的拓扑荷极大提高通信系统的信道容量，实现更快速、大量地传输信息，增强译码的准确率，提高光通信系统的可靠性。
[0024]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为本专利技术实施例1提供的基于复合涡旋光束的轨道角动量及相位的编码光通信方法示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例1提供的源平面光强及其编码示意图；
[0028]图3(a)
‑
3(h)为本专利技术实施例1提供的网络模型示意图及各部分放大图；
[0029]图4(a)
‑
4(b)为本专利技术实施例1提供的单一数据集测试曲线和综合数据集测试曲线；
[0030]图5为本专利技术实施例2提供的编码光通信系统示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。
[0032]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0034]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]实施例1
[0036]如图1所示，本实施例提供一种基于复合涡旋光束的轨道角动量及相位的编码光通信方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏冬梅，陈涛，刘芳宁，杜乾，刘娟，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：