[发明专利]基于改进相位差算法的自适应光学系统

说明书

本发明提供了一种基于改进相位差算法的自适应光学系统，包括：接收模块，接收模块用于接收畸变的复用光束并使用解复用器将信息光束与探针光束解复用；自适应光学模块，自适应光学模块用于探测探针光束的波前畸变，并采用改进相位差算法计算探针光束传输过程中的畸变相位信息，以及根据畸变相位信息对信息光束进行校正。根据本发明的基于改进相位差算法的自适应光学系统，不仅大大降低了自适应光学系统的复杂性和成本，而且采用改进相位差算法，收敛速度更快，重建精度更高，能够应用于自适应光学高精度实时校正领域。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种基于改进相位差算法的自适应光学系统。

背景技术

在当前通信技术发展浪潮中，无线光通信技术结合了光纤通信与微波通信的优点，凭借其带宽大、链路部署快、安全性好等优点，成为当前各国通信发展的重要方向之一。近年来网络流量持续爆炸式增长的态势更是决定了无线光通信需朝着高速大容量的方向演进。

前人研究发现，激光光束除了具有振幅、相位、波长和偏振态等维度以外，还可携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)。1992年L.Allen等人发现，具有螺旋相位波前exp(ilφ)的涡旋光束中每个光子携带的轨道角动量为l，其中l为OAM阶数，也称为方位角指数、拓扑荷数，理论上取值可以为任意整数，φ为空间方位角。不同拓扑荷数的OAM光束是相互正交的，并且理论上拓扑荷取值可以为任意整数。OAM为通信系统提供了一个新的自由度，不论是利用OAM态编码还是利用OAM光束作为载波实现模分复用，都可以有效提升通信系统的容量。

然而，在实际OAM无线光通信链路中，低海拔大气信道引起的湍流效应是OAM无线光链路面对的主要挑战。对于OAM无线光链路而言，OAM光束的解调往往依赖于OAM光束的螺旋相位。当激光经过较低海拔的大气信道时，大气湍流导致的光束漂移、闪烁等会动态扭曲OAM光束的结构相位，引起波前畸变，进而导致光信号辐照度发生波动、系统误码率增大。目前，面向OAM无线光通信的信号损伤抑制技术主要可分为数字信号处理(Digital SignalProcessing，DSP)以及近年来逐渐受到关注的自适应光学(Adaptive Optics，AO)技术两大类。当采用时域或频域多入多出等DSP技术降低信道扰动影响时，其结构复杂度及计算复杂度会随信道数的增长而快速增加，较难实现性能提升与系统成本等因素之间的平衡。与DSP技术不同的是，AO技术在光域直接对光信号本身进行处理，可实时补偿由大气湍流等因素造成的光束畸变，且方案结构受通信系统信道数目的影响不大。可见，相比DSP技术，AO技术是实现OAM光束灵活可控损伤抑制的有效手段。

然而，在OAM无线光通信链路中，接收到的畸变OAM光束含有振幅为零的点，即相位奇点，围绕该点的光学相位必定不连续。以夏克哈特曼波前传感器为代表的自适应光学波前传感器大都通过测量入射光束对应区域的光强位置偏移斜率，利用矩阵运算反推波前信息。当相位奇点存在时，使用传统波前传感器不可避免的会存在探测误差，很难完成OAM光束这类具有非连续波前的高精度波前重构，进而阻碍了整个方案校正精度的提升。与此同时，采用传统自适应光学方案存在着成本高，结构较为复杂的问题，不利于其在要求通信系统中的实际应用。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于改进相位差算法的自适应光学系统，不仅大大降低了自适应光学系统的复杂性和成本，而且采用改进相位差算法，收敛速度更快，重建精度更高，能够应用于自适应光学高精度实时校正领域。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于改进相位差算法的自适应光学系统，包括：接收模块，所述接收模块用于接收畸变的复用光束并使用解复用器将信息光束与探针光束解复用；自适应光学模块，所述自适应光学模块用于探测所述探针光束的波前畸变，并采用改进相位差算法计算所述探针光束传输过程中的畸变相位信息，以及根据所述畸变相位信息对所述信息光束进行校正。

所述接收模块包括偏振分光棱镜。