基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统技术方案

本发明专利技术是一款基于结构激光束衍射及干涉原理的一对多自由空间光通信系统及其装置，该装置包括结构激光束产生模块、聚焦透镜、漫反射屏和探测分析模块四部分。其中结构激光束产生模块包括：激光器、扩束镜、数字微镜设备(DMD)、透镜组和光阑。探测分析模块包括CCD探测器和PC组。激光器出射基模高斯光束扩束后经DMD调制，由光阑滤出结构激光束然后由透镜聚焦，经自由空间传输投影至漫反射屏上，使用多个CCD探测器在漫反射屏不同位置角度处完成结构光束的再成像，再通过基于深度学习的图像识别算法对接收得到的结构激光束模式进行分析实现基于结构激光束的一对多自由空间光通信。实现基于结构激光束的一对多自由空间光通信。实现基于结构激光束的一对多自由空间光通信。

【技术实现步骤摘要】
基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统

：
[0001]本专利技术涉及激光、衍射、干涉、一对多通信等
，具体涉及一种基于结构激光束遮挡衍射原理实现一对多自由空间光通信的方法和装置。

技术介绍
：
[0002]随着信息时代的快速发展，以光波为载体的自由空间光通信技术已经引起了人们的广泛关注。
[0003]自由空间光通信相对微波通信具有使用激光频率高，方向性强，可用频谱宽等优点，相对光纤通信具有造价低廉，施工简便等特点，结合了光纤通信与微波通信的优势。基于空间结构光束的自由空间光通信由于其增加了光束的空间自由度而大幅提升了信道容量，对于下一代空间光通信技术具有十分重要的意义。该技术近年来得到了广泛关注与研究。
[0004]然而，在目前的点对点式的结构光自由空间光通信技术方案中，存在三个严重问题：第一，由于实际光学系统口径受限，往往难以将光束边缘信息收集入接收解码单元，导致误码率提升；第二，由于大气湍流等扰动导致光束指向偏移而无法完全被光学系统接收，从而引起误码率提高。以上问题严重制约了基于空间结构光束的自由光通信的发展和实际应用。

技术实现思路
：
[0005]针对以上问题，本专利技术提供了一种基于结构激光束的漫反射式一对多自由空间光通信系统。
[0006]第一方面，本申请提供了一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统装置，所述光通信系统组成装置包括：结构激光束产生模块、漫反射屏和探测分析模块三部分,结构激光束产生模块包括：激光器、扩束镜、数字微镜设备(DMD)、透镜组和光阑,探测分析模块包括CCD探测器和PC组。
[0007]在传输过程中，由于采用漫反射屏，降低了光斑传输时发生位移对CCD再次成像的影响。相对于传统直接入射式的通信方式，能够达到降低通信中对激光指向性要求的效果，解除了接收方(CCD探测器)准直限制，扩大了使用情景。另外，漫反射屏的引入使得系统在强度衰减的限制下最大化地扩大了接收对象的数量。而且，由于采用CCD对光斑进行二次成像，具有更大的视场角，相对于传统直接入射式光学系统，有效解决了系统口径有限导致的模式串扰问题。
[0008]第二方面，本申请提供了一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统装置，其特征在于，对使用激光器不强调具体激光使用类别，基于具体使用场景可选用532nm激光器或近红外激光器等。
[0009]第三方面，本申请提供了一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的基于结构激光束的一对多自由空间光通信
系统装置，所述光通信方法包括：
[0010]根据激光器产生基模高斯光束后经过扩束镜扩束后，照射到数字微镜设备(DMD)上被调制形成结构激光束；
[0011]根据数字微镜设备(DMD)出射的结构激光束经透镜组和光阑照射到漫反射屏上发生漫反射，被CCD观测得到；
[0012]根据CCD观测的结构激光束，对光束信息进行解调，得到所述光通信设备控制的数字微镜设备(DMD)传输的信息。
[0013]第四方面，本申请提供了一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信方法，其特征在于，所述激光通过数字微镜设备(DMD)被调制形成结构激光束，包括：
[0014]根据激光器产生基模高斯光束后经过扩束镜扩束后正入射到数字微镜设备(DMD)上；
[0015]根据在数字微镜设备(DMD)上加载已嵌入传输信息的全息图像对入射基模高斯光束进行调制，出射调制后的结构激光束。
[0016]由于采用数字微镜设备(DMD)调制基模高斯光束产生结构激光束，光束模式纯度高，稳定性好，适合作为调制信息的载体。
[0017]第五方面，本申请提供了一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信方法，其特征在于，除CCD探测器外，其余器件均可使用机械装置固定，仅需改变DMD加载的全息图片即可完成加载不同信息的自由空间光通信。整体通信系统成本理想，便于操作。
[0018]第六方面，本申请提供了一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信方法设计，其特征在于，对CCD探测得到的光信号，通过基于深度学习的图像识别算法对结构激光束模式进行分析，解调制后得到传输信息。
附图说明：
[0019]图1为本专利技术一实施例中一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统装置示意图
具体实施方式：
[0020]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应该理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]结构激光束是具有空间结构化振幅、相位或偏振的光束，在笛卡尔坐标系或柱坐标系下求解标量傍轴亥姆霍兹方程，可以分别导出厄米
‑
高斯(HG
nm
)和拉盖尔
‑
高斯(LG
pl
)模。以HG光束为例，加载了特殊信息的高阶HG光束可由基模高斯光束通过数字微镜设备(DMD)调制产生，其具体信息内容可通过改变加载在DMD上的衍射图样实现。
[0022]本专利技术提供的一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统，其具体组成装置如图1所示，包括：激光器1、扩束镜2、数字微镜设备(DMD)3、透镜组4、光阑5、漫反射屏6、CCD探测器组7、PC组8。
[0023]基于以上装置的光通信方法为：
[0024]搭建所述的光通信装置，由CCD探测器组7采集漫反射光斑。由激光器产生基模高
斯光束后经过扩束镜扩束后正入射到DMD上，在DMD上加载已嵌入传输信息的全息图像对其进行调制。以一定角度反射出的激光束经透镜聚焦，通过光阑进行空间滤波，保留的+1级衍射光即为目标的结构激光束。再次聚焦后的激光束经自由空间传输投影至漫反射屏上，即可使用多个CCD探测器在漫反射屏外侧不同位置、角度处完成结构光束的再成像，光信息由多对象观测接收，再通过基于深度学习的图像识别算法对接收激光模式进行解码分析，完成一对多的自由空间光通信。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统装置，所述光通信系统组成装置包括：结构激光束产生模块、漫反射屏和探测分析模块三部分,结构激光束产生模块包括：激光器、扩束镜、数字微镜设备(DMD)、透镜组和光阑,探测分析模块包括CCD探测器和PC组，其特征在于：使用漫反射屏作为中间载体。2.根据权利要求1所述的基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统装置，其特征在于，对使用激光器不强调具体激光使用类别，基于具体使用场景可选用532nm激光器或近红外激光器等。3.一种基于结构激光束的一对多自由空间光通信方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的基于结构激光束的一对多自由空间光通信系统装置，所述光通信方法包括：根据激光器产生基模高斯光束后经过扩束镜扩束后，照射到数字微镜设备(DMD)上被调制形成结构激光束；根据数字微镜设备(DMD)出射的结构激光束经透镜组和光阑照射到漫反射屏上发生漫反射，被CCD观测得到；根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子龙，王昱琪，赵长明，和炜，赵苏怡，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：