[发明专利]通过多轨道角动量态编解码高维数字信号的方法与系统

权利要求书

1.一种通过多轨道角动量态编解码高维数字信号的方法，其特征在于，选用N个不同的轨道角动量态，以其包含的每一个轨道角动量态是否存在作为编码特征，来表征一N位二进制数，进而实现N比特信息量的高维数字信号编码，与传统的轨道角动量编码技术相比，在进行N比特的高维数字信号编码时，所利用的轨道角动量态减少了(2^N-N)，编码效率显著提升。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，数字信号的编码由一系列通过模式搜索迭代算法得到的相位屏来实现，该相位屏可将入射的基模高斯光束转化为轨道角动量态分布可任意控制的多模混合轨道角动量光束。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，数字信号的解码，采用编码光束照射达曼涡旋光栅，通过图像处理算法寻找实心中心亮斑出现的位置来实现。

4.一种通过多轨道角动量态编解码高维数字信号的系统，其特征在于，包括激光器、偏振分光棱镜、两个液晶空间光调制器、七个透镜(L1～L7)、小孔光阑、四个全反镜、红外CCD相机和主机，其中：

所述激光器，作为光源，用于生成基模高斯光束；

所述偏振分光棱镜置于激光器后方激光光路中，用于生成水平线偏振基模高斯光束；

所述两个液晶空间光调制器的其中之一置于偏振分光棱镜后方的激光光路中，用于加载一系列编码衍射光栅，实现多轨道角动量态高维数字信号编码；

所述七个透镜中的L1和L2焦距相同，构成一4-f成像系统，且其频谱面处放置所述小孔光阑，该4-f系统置于第一个液晶空间光调制器后方的激光光路中，用于滤出一级衍射，得到编码后的OAM光束；

所述四个全反镜的其中之一置于4-f系统系统后方的激光光路中，用于改变光路方向；

所述七个透镜中的L3和L4构成一扩束系统，置于第一个全反镜后方的激光光路中，用于将编码后的OAM光束扩束，并发射到自由空间中；

所述四个全反镜的其中之三依次置于扩束系统后方的激光光路中，用于改变光路方向，实现数字信号的长距离传输；

所述七个透镜中的L5和L6构成一缩束系统，置于全反镜后方的激光光路中，用于接收经自由空间传输后的携带有数字信号的OAM光束；

所述两个液晶空间光调制器的其中之二置于缩束系统后方的激光光路中，用于加载达曼涡旋光栅，实现多轨道角动量态高维数字信号解码；

所述七个透镜中的L7置于第二个液晶空间光调制器后方的激光光路中，用于衍射光场的傅里叶变换；

所述红外CCD相机置于透镜L7的后焦面位置，用于观察经达曼涡旋光束解码衍射后的光场；

所述主机由数据传输线与CCD相机连接，用于分析CCD相机捕获的衍射光场，解码出高维数字信号。