[发明专利]一种提升涡旋光空间复用通信系统稳定性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种提升涡旋光空间复用通信系统稳定性的装置及方法，所述装置包括：多模态涡旋光束的产生与复用模块和多模态涡旋光束的解复用与还原模块；所述多模态涡旋光束的产生与复用模块用于产生模式数不同的两束涡旋光束，并进行合束，实现涡旋光的空间复用；所述多模态涡旋光束的解复用与还原模块用于将模式数不同的两束涡旋光束分别还原成高斯光束，实现解复用与还原。本发明合成的圆柱形矢量涡旋光束，可以更加稳定的在空间传播，提升多模态涡旋光复用通信信道的抗干扰能力，降低涡旋光复用通信系统的误码率，提高通信系统的稳定性，整个装置结构简单，成本较低，操作简便易实现。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及的是一种提升涡旋光空间复用通信系统稳定性的装置及方法。

背景技术

涡旋光束由于其理论上具有无限正交的轨道角动量(Orbital AngularMomentum:OAM)模式，引发了广泛的关注。尤其在当今大容量通信和高速通信的需求下，OAM复用光通信由于其后向兼容性，有望成为未来实现超高速超大容量通信方案。OAM作为光束区别于偏振和频率的另一种特性，OAM复用与已有的偏分复用、频分复用等复用方式兼容，而且理论上在空间中具有无限个正交的模式，从而构成无限个通信信道。因而，OAM复用通信的通信速率理论上可以在原来传统通信系统的基础上实现倍增，大大提高频谱利用率，提升通信容量。

然而，在自由空间传播的OAM涡旋光束由于受到大气湍流等空间环境的影响，光束的相位发生随机突变，导致出现中心奇点飘移、模式串扰等光束畸变现象，破坏了涡旋光束OAM模式间的正交性，严重影响通信质量，大大降低了OAM复用通信系统的稳定性和可靠性。为了抵抗大气湍流的影响，有人尝试利用自适应光学对畸变的光束进行相位补偿，利用LDPC编码来降低系统的误码率，使用鸡群算法减弱模式串扰，利用贝塞尔光束或艾利光束的自愈特性对畸变的OAM光束进行恢复等，这些方法都在一定程度上削弱了大气湍流对OAM复用通信系统的影响，但是大部分方法采取了破坏后补偿的方式，或者需要改变光束的原有属性，有些方式成本较高，实行起来也较为复杂。

因此，针对上述缺陷，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种提升涡旋光空间复用通信系统稳定性的装置及方法，考虑到偏振作为光束的另一种特性，左旋圆偏振与右旋圆偏振之间具有空间正交的特性，而且左旋圆偏振态的VBs(vortex beams，涡旋光束)和右旋圆偏振态的VBs可以合成圆柱形矢量涡旋光束，CVVBs(cylindrical vectorvortex beams，的圆柱形矢量涡旋光束)相比于普通标量涡旋光束，对大气湍流具有更强的抵抗能力，使光束在自由空间传输时，减弱中心奇点飘移等引起的光束畸变程度，使涡旋光束在自由空间传输时能更好的保持自身特性，进而减弱大气湍流引起的模式串扰、光束畸变等影响，降低通信误码率，进而提升涡旋光束OAM复用通信系统的稳定性，利用涡旋光束本身的偏振特性，来增强涡旋光束抵抗大气湍流的能力，方式简单易实现。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种提升涡旋光空间复用通信系统稳定性的装置，其中，所述提升涡旋光空间复用通信系统稳定性的装置包括：

多模态涡旋光束的产生与复用模块和多模态涡旋光束的解复用与还原模块；

所述多模态涡旋光束的产生与复用模块用于产生模式数不同的两束涡旋光束，并进行合束，实现涡旋光的空间复用；

所述多模态涡旋光束的解复用与还原模块用于将模式数不同的两束涡旋光束分别还原成高斯光束，实现解复用与还原。

所述提升涡旋光空间复用通信系统稳定性的装置，其中，所述多模态涡旋光束的产生与复用模块包括：

用于分别将来自光纤的第一高斯光束和第二高斯光束准直到空间的第一光纤耦合器和第二光纤耦合器；