一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法及系统，属于矢量涡旋光通信技术领域。首先，使用待传输信息对矢量涡旋光在拓扑荷数和偏振级数两个维度进行调制，然后将带有信息的调制光信号向外传输。在接收端获取矢量涡旋光，并分束为第一矢量涡旋光和第二矢量涡旋光；将第一矢量涡旋光进行拓扑荷数解调，第二矢量涡旋光进行偏振级数解调，最终获得传输信息。该方法通过拓扑荷数和偏振级数双重维度的复用，可以减少调制时对拓扑荷数这一单一维度的利用。解决现有技术中通信系统成本高，以及随拓扑荷数的增大，涡旋光束光斑会相应的增大以致图像探测器无法准确获取并完成后续的解调工作，导致其通信安全性低和容量受限的问题。限的问题。限的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法及系统


[0001]本专利技术属于矢量涡旋光通信
，涉及一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法及系统，特别是一种涉及拓扑荷数、偏振级数的双维度多模式的矢量涡旋光束的产生与解调。

技术介绍

[0002]随着信息技术的发展，物联网、大数据、元宇宙等技术的出现，人们对数据的需求量急剧增加。急剧增长的频谱需求与有限的频谱资源的矛盾越来越突出，迫切的需要一种新的高速率、大容量、高稳定的通信系统来提高频谱效率，扩大信道容量。
[0003]涡旋光(OAM)具有相位项(其中为切向角，1为拓扑荷，可取任意整数)，轨道角动量(OAM)模式值理论上是无限的，且携带不同OAM的光束之间相互正交，使其具有大容量信道的通信潜力。因此，涡旋在传统的涡旋光通信，利用不同拓扑荷数的正交性与拓扑荷数理论上无穷大的特性，来实现大容量数据传输的目的。
[0004]然而，在实际应用中，OAM复用光束的产生通常需要多个空间光调制器(SLM)，其价格昂贵，成本高；并且随着拓扑荷数的增大，涡旋光束光斑会相应的增大以致图像探测器无法准确获取并完成后续的解码工作，导致其通信安全性和容量还是远远不能满足新兴的通信领域的发展需求；因此，进一步提升传输数据容量和通信安全性是通信业发展的迫切需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中由于随着拓扑荷数的增大，涡旋光束光斑会相应的增大以致图像探测器无法准确获取并完成后续的解调工作，导致的通信安全性低和通信容量受限的问题，提供一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法及系统，包含拓扑荷数和偏振级数两个维度，可以实现大容量数据传输的目的，并且进一步提高通信系统的安全性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术提供一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法，包括以下步骤：
[0008]获取矢量涡旋光，并分束为第一矢量涡旋光和第二矢量涡旋光；
[0009]对第一矢量涡旋光进行拓扑荷数解调，将第一矢量涡旋光转换为数字信号，获得传输信息；
[0010]对第二矢量涡旋光进行偏振级数解调，将第二矢量涡旋光转换为数字信号，获得传输信息。
[0011]本专利技术还提供一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信系统，包括：
[0012]矢量涡旋光获取模块：用于获取矢量涡旋光，并分束为第一矢量涡旋光和第二矢量涡旋光；
[0013]拓扑荷数解调模块：用于接收第一矢量涡旋光，并对第一矢量涡旋光进行拓扑荷
数解调，将第一矢量涡旋光转换为数字信号，获得传输信息；
[0014]偏振级数解调模块：用于接收第二矢量涡旋光，并对第二矢量涡旋光进行偏振级数解调，将第二矢量涡旋光转换为数字信号，获得传输信息。
[0015]优选地，所述矢量涡旋光获取模块包括激光器、扩束器、第一偏振片、光阑、空间光调制器、第一反射镜、第二反射镜、半波片、第一四分之一波片和分束器；所述激光器发射高斯光束依次经第一偏振片和光阑入射到空间光调制器，所述空间光调制器将高斯光调制成垂直偏振涡旋光，所述垂直偏振涡旋光依次经第一反射镜、第二反射镜和半波片再次入射空间光调制器后，出射水平线偏振涡旋光和垂直线偏振涡旋光经第一四分之一波片后，将水平线偏振涡旋光变为右旋圆偏振涡旋光，垂直线偏振涡旋光变为左旋圆偏振涡旋光；所述右旋圆偏振涡旋光和左旋圆偏振涡旋光经分束器分束分为第一矢量涡旋光和第二矢量涡旋光。
[0016]优选地，所述空间光调制器分为两个区域，其中一个区域加载拓扑荷数为m的涡旋光相位掩膜，另一个区域加载拓扑荷数为m
‑
n的涡旋光相位掩膜。
[0017]优选地，所述半波片的光轴与水平方向夹角为22.5
°
。
[0018]优选地，所述第一四分之一波片的光轴与水平方向的夹角为45
°
。
[0019]优选地，所述拓扑荷数解调模块包括第二四分之一波片、第二偏振片、偏振分束器、第三反射镜、第四反射镜、第三四分之一波片、第三偏振片和第一图像处理器；所述第一矢量涡旋光依次入射第二四分之一波片、第二偏振片和偏振分束器，经偏振分束器透射的垂直线偏振涡旋光依次经第三反射镜和第四反射镜反射后再次入射偏振分束器与水平线偏振涡旋光同轴传播，并依次入射第三四分之一波片、第三偏振片和第一图像处理器，第一图像处理器采集图像，并将图像输送至PC端，获得传输信息。
[0020]优选地，所述第二四分之一波片的光轴与水平方向的夹角为0
°
。
[0021]优选地，所述第二偏振片的光轴与水平方向夹角为45
°
；所述第三四分之一波片的光轴与水平方向的夹角为45
°
。
[0022]优选地，所述偏振级数解调模块包括第四偏振片和第二图像处理器，所述第二矢量涡旋光依次入射第四偏振片和第二图像处理器，第二图像处理器采集图像，并将图像输送至PC端，获得传输信息。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术提供一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法，该方法通过对矢量涡旋光的拓扑荷数和偏振级数的双重维度复用，利用不同拓扑荷数、不同偏振级数的矢量涡旋光对待传输信息进行调制，该调制方式与传统的拓扑荷数复用的涡旋光通信调制方式相比，有效提高带宽利用率和信息传输效率。并且其增加了偏振级数这一复用维度，可以减少调制时对拓扑荷数这一单一维度的利用，以达到使用较小拓扑荷数和偏振级数的双重复用实现大容量数据传输的目的。此外，该方法解调维度高，保密性好，抗干扰能力强，可以进一步提高通信系统的安全性。
[0025]本专利技术提供一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信系统，该系统包括了矢量涡旋光获取模块、拓扑荷数解调模块和偏振级数解调模块，实现了涡旋光的产生、传输、拓扑荷数解调及偏振级数的解调，最终，利用不同拓扑荷数、不同偏振级数的矢量涡旋光可以对待传输信息进行调制从而实现大数据量的传输。通过将矢量涡旋光拓扑荷数和偏振级数两
个维度的设置，提供了无穷多个模式，不仅能够实现大容量数据传输，而且，双重维度复用进一步提升了通信系统的安全性，系统简单，易操作。
[0026]第一偏振片的设置，可将高斯光束转变为空间光调制器可调制的高斯垂直线偏振光，并通过光阑的作用对经光轴传输的高斯垂直线偏振光的光斑进行限制，该系统仅采用一台激光器、一台空间光调制器以及少量的传统的光学器件，即可实现矢量涡旋光的产生，器件结构简单且成本低，可进一步促进该系统在通信领域的应用。
[0027]其次，将空间光调制器分为两个区域加载产生大量涡旋光的相位掩膜，可以实现对涡旋光的二次调制进而产生不同模式相互垂直的线偏振涡旋光。
[0028]通过对半波片和第一四分之一波片角度的设置，实现对入射涡旋光偏振态进行调节进而产生矢量涡旋光。
[0029]最后，通过少量传统光学器件的设置，实现对矢量涡旋光的拓扑荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：获取矢量涡旋光，并分束为第一矢量涡旋光(a)和第二矢量涡旋光(b)；对第一矢量涡旋光(a)进行拓扑荷数解调，将第一矢量涡旋光(a)转换为数字信号，获得传输信息；对第二矢量涡旋光(b)进行偏振级数解调，将第二矢量涡旋光(b)转换为数字信号，获得传输信息。2.一种基于矢量涡旋光双维度多模式的通信系统，其特征在于，包括：矢量涡旋光获取模块：用于获取矢量涡旋光，并分束为第一矢量涡旋光(a)和第二矢量涡旋光(b)；拓扑荷数解调模块：用于接收第一矢量涡旋光(a)，并对第一矢量涡旋光(a)进行拓扑荷数解调，将第一矢量涡旋光(a)转换为数字信号，获得传输信息；偏振级数解调模块：用于接收第二矢量涡旋光(b)，并对第二矢量涡旋光(b)进行偏振级数解调，将第二矢量涡旋光(b)转换为数字信号，获得传输信息。3.根据权利要求2所述的基于矢量涡旋光双维度多模式的通信系统，其特征在于，所述矢量涡旋光获取模块包括激光器(1)、扩束器(2)、第一偏振片(3)、光阑(4)、空间光调制器(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、半波片(8)、第一四分之一波片(9)和分束器(10)；所述激光器(1)发射高斯光束依次经第一偏振片(3)和光阑(4)入射到空间光调制器(5)，所述空间光调制器(5)将高斯光调制成垂直偏振涡旋光，所述垂直偏振涡旋光依次经第一反射镜(6)、第二反射镜(7)和半波片(8)再次入射空间光调制器(5)后，出射水平线偏振涡旋光和垂直线偏振涡旋光经第一四分之一波片(9)后，将水平线偏振涡旋光变为右旋圆偏振涡旋光，垂直线偏振涡旋光变为左旋圆偏振涡旋光；所述右旋圆偏振涡旋光和左旋圆偏振涡旋光经分束器(10)分束分为第一矢量涡旋光(a)和第二矢量涡旋光(b)。4.根据权利要求3所述的基于矢量涡旋光双维度多模式的通信系统，其特征在于，所述空间光调制器(5)分为两个区域，其中一个区域加载拓扑荷数为m的涡旋光相位掩膜，另一个区域加载拓扑荷数为m
‑
n的涡旋光相位掩...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵馨颖，梁慧剑，庞晓炎，任立勇，梁健，张翔宇，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：