[发明专利]基于单SLM空间分区实现双偏振艾里绕障信号传输的装置

说明书

本发明涉及基于单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。

技术领域

本发明属于通信领域，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。

背景技术

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，在激光器发明的初期，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。

发明内容

本发明提出一种低成本、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。

本发明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；