[发明专利]一种混合阶或分数阶涡旋光束模态识别装置及方法

说明书

本发明公开了一种混合阶或分数阶涡旋光束模态识别装置及方法，所述装置包括：光束产生装置，用于将杂偏基模高斯光处理生成水平偏振方向的高斯光后再转变为水平偏振的混合阶或分数阶涡旋光束；特征样本制备装置，用于对混合阶或分数阶涡旋光束进行湍流相位和二维叉形涡旋光栅相位加载，经过远场衍射后得到远场衍射阵列，并利用特征参量提取器件提取特征样本，得到全连接神经网络训练和测试所需的畸变特征样本；网络训练和识别装置，用于通过畸变特征样本对全连接神经网络进行迭代训练得到最优模型后，通过最优模型对测试集中的混合阶或分数阶涡旋光模态进行检测。本发明旨在实现高速、高精度以及大范围涡旋光模态检测，从而提升OAM通信的性能。

技术领域

本发明涉及人工智能以及光学技术领域，尤其涉及的是一种混合阶或分数阶涡旋光束模态识别装置及方法。

背景技术

涡旋光是一种携带轨道角动量OAM(Orbital Angular Momentum,OAM，在空间中运动而具有的角动量)的光束，其中心存在相位奇点，在空间分布上呈“甜甜圈”型结构。这些特性使得涡旋光广泛应用于光学操纵、量子信息处理、光子计算机以及自由光空间通信等领域。在通信领域中，由于不同OAM光束之间相互正交，提供了一个全新的物理维度，可以与传统复用技术相结合作为载波进行多路复用，极大地提高系统的通信容量和频谱效率。目前很多研究工作已经证明OAM模式能用来提升OAM复用通信中的容量密度。然而，表现为OAM模式快速切换的位移键控和复用通信由于缺乏对于混合阶或分数阶涡旋光的高效和准确识别而使其应用遇到极大的障碍。

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，提供一种混合阶或分数阶涡旋光束模态识别的装置及方法，旨在实现高速、高精度以及大范围的涡旋光模态检测，从而提升OAM通信的性能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种混合阶或分数阶涡旋光束模态识别装置，其中，所述混合阶或分数阶涡旋光束模态识别装置包括：

光束产生装置，用于将杂偏基模高斯光处理生成水平偏振方向的高斯光后再转变为水平偏振的混合阶或分数阶涡旋光束；

特征样本制备装置，用于对所述混合阶或分数阶涡旋光束进行湍流相位和二维叉形涡旋光栅相位加载，经过远场衍射后得到远场衍射阵列，并利用特征参量提取器件提取特征样本，得到全连接神经网络训练和测试所需的畸变特征样本；

网络训练和识别装置，用于通过所述畸变特征样本对全连接神经网络进行迭代训练得到最优模型后，再通过最优模型对测试集中的混合阶或分数阶涡旋光模态进行检测。

所述混合阶或分数阶涡旋光束模态识别装置，其中，所述光束产生装置包括：

用于产生一束杂偏基模高斯光束的光源；

设置在所述光源后方，用于将所述杂偏基模高斯光束在水平偏振方向上调解后生成水平偏振态的高斯光束的起偏器；

设置在所述起偏器后方，用于将水平偏振态的高斯光束处理为水平偏振的混合阶或分数阶涡旋光束的涡旋光产生模块。

所述混合阶或分数阶涡旋光束模态识别装置，其中，所述特征样本制备装置包括：

设置在所述涡旋光产生模块后方，用于将所述水平偏振的混合阶或分数阶涡旋光束加载湍流相位转变为相位畸变的混合阶或分数阶涡旋光束的湍流相位加载模块；

设置在所述湍流相位加载模块后方，用于将所述相位畸变的混合阶或分数阶涡旋光束转变成涡旋光栅阵列的二维叉形涡旋光栅加载模块；

设置在所述二维叉形涡旋光栅加载模块后方，用于将所述涡旋光栅阵列处理得到受湍流扰动的二维混合阶或分数阶涡旋阵列的衍射模块；