[发明专利]一种自恢复OAM-FSO系统

说明书

本发明涉及涡旋光通信技术领域，公开了一种自恢复OAM‑FSO系统，包括作为信息载体的贝塞尔‑高斯涡旋光束以及作为探针的高斯光束：发射端，所述高斯光束入射到空间光调制器SLM‑1上，以生成所需的贝塞尔‑高斯涡旋光束，贝塞尔‑高斯涡旋光束通过自由空间湍流信道传播；接收端，经大气湍流环境后，未经调制的高斯光束通过CCD相机对畸变的光场强度进行捕捉其强度分布，并传入计算机中通过GS算法对其进行相位补偿，将补偿相位加载到空间光调制器SLM‑2上；通过傅里叶透镜将贝塞尔‑高斯涡旋光束转换为完美涡旋光束，再通过复合相位全息图对完美涡旋光束进行解调。本发明可有效减小湍流对光束的影响，在恶劣的环境下仍能获得良好的传输性能。

技术领域

本发明涉及涡旋光通信技术领域，尤其涉及一种自恢复OAM-FSO系统。

背景技术

轨道角动量(OAM)光束作为信息载体在自由空间中传输时可以极大地提升通信的频谱效率和信道容量。1992年Allen等人证明了具有螺旋波前的拉盖尔-高斯光束携带有轨道角动量。然而，拉盖尔-高斯光束并不是唯一可以携带OAM的光束，贝塞尔光束、马修光束和因斯-高斯光束也可以携带OAM。其中，贝塞尔-高斯光束具有无衍射特性，在遇到障碍物时能够自行恢复，具有广泛的应用前景。传统涡旋光束的拓扑荷值与中心亮环的半径成正比，因而在OAM的复用传输以及高阶OAM的产生等方面会有一定的困难。完美涡旋的提出为此提供了一种解决方案。与传统涡旋光束相比，完美涡旋光束可以保持恒定的环形强度分布和光束半径，在粒子操控，光学通信等方面有广阔的应用前景，成为光学涡旋领域众多研究者竞相研究的热点课题。

在基于OAM的光通信系统中，如何实现OAM模式的高效解调与检测是一个关键问题。常用的OAM模式检测的方法有螺旋相位板，光栅，坐标变换，计算全息图，复合相位全息图等。其中，复合相位全息图是一种能够实现对多个OAM态同时检测的方法，通过合理的参数设置，可以实现在检测平面不同衍射级对特定OAM态进行检测。然而，在基于OAM的自由空间光(FSO)通信系统中，由于大气湍流的影响，会使涡旋光束的强度和相位发生改变，降低通信系统的性能。为了解决这个问题，国内外学者提出了MIMO均衡，自适应光学和相位补偿算法等方法，可以有效减少大气湍流引起的失真，提高光束的质量。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种自恢复OAM-FSO系统。

本发明提出的一种自恢复OAM-FSO系统，包括作为信息载体的贝塞尔-高斯涡旋光束以及作为探针的高斯光束：

发射端，所述高斯光束入射到空间光调制器SLM-1上，以生成所需的贝塞尔-高斯涡旋光束，贝塞尔-高斯涡旋光束通过自由空间湍流信道传播；

接收端，经大气湍流环境后，未经调制的高斯光束通过CCD相机对畸变的光场强度进行捕捉其强度分布，并传入计算机中通过GS算法对其进行相位补偿，将补偿相位加载到空间光调制器SLM-2上；

通过傅里叶透镜将贝塞尔-高斯涡旋光束转换为完美涡旋光束，再通过复合相位全息图对完美涡旋光束进行解调。

优选地，所述发射端通过空间光调制器SLM-1将信号调制到单一或多路复用的所述贝塞尔-高斯涡旋光束上。

优选地，所述复合相位全息图采用螺旋相位和闪耀光栅结合而成，所述闪耀光栅分别控制OAM光束的垂直和水平传播方向，其表达式为：exp(i(k sinαx+k sinβy))，其中α和β分别为波束在水平方向和垂直方向的偏转角度。

优选地，，将所述螺旋相位和所述闪耀光栅结合而形成的光栅，实现在检测平面特定位置对所述完美涡旋光束的解调，该光栅的表达式为：exp(i(k sinαx+k sinβy+lφ))。