【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光场调控及信息光学领域，具体涉及一种矢量光束不可分割性测量装置和基于矢量光束不可分割性编码的抗湍流通信系统。
技术介绍
1、近些年来，在大气信道中传输信息的自由空间光通信技术取得了飞速发展，被广泛应用于科研、商用、民用、军事等领域。相较于传统的自由空间射频通信方案，自由空间光通信具有天线系统更小、速率更快、抗窃听能力更强、频谱无需授权等优点。然而，尽管自由空间光通信具有这么多的优点，它还存在一个很大的缺陷：大气信道中普遍存在的大气湍流会损伤信道中光束的强度和相位，造成接收端光束漂移、光强闪烁、对准误差等光束劣化。由于目前大部分光通信系统的信号都通过调制加载在光场的强度(直调直检)、相位(相移键控)或强度-相位(正交幅度调制)上，大气湍流带来的这些光束强度和相位损伤会导致接收端出现大量误码，甚至导致自由空间光通信系统失效。
2、2022年，南非金山大学的科学家们发现了矢量光束在单边酉通道中传输时，它的不可分割性能够始终保持原有的值，他们也在发表的论文中对这一现象也进行了理论解释及实验验证。需要注意的是，大气湍流就是一种典型的单边酉通道。因此，将电信号加载在矢量光束的不可分割性这一维度上便成为了对抗自由空间光通信中大气湍流效应的一种新颖并有效的方案。要实现这样的基于矢量光束不可分割性的通信，对于特定矢量光束的不可分割性的测量便具有重要意义，这类似于传统光通信系统接收机中对接收信号进行解码和信息提取的过程。目前常用的矢量光束不可分割性测量装置遵循以下做法：首先将矢量光束偏振分束为两束正交的圆偏振涡旋光束，然后
3、但这样的方法存在以下缺陷：其一，测量系统的性能如速率、插入损耗等受限于可重构的相位全息图加载器件的性能；其二，测量的速率和装置的简便性无法兼得，因为需要测量通过六种不同相位全息图的强度，所以只能在单个相位全息图加载器件上切换六次加载相位全息图或者搭建复杂的六路系统实现无需切换的单次测量；其三，当输入的矢量光束不为单阶而是多阶叠加态的情况下，该方案的速率或简便性会进一步劣化；其四，可重构的相位全息图加载器件如空间光调制器、数字微镜阵列的成本都很高，这会造成测量系统的成本偏高。
4、因此，开发一套能有效规避这些缺陷的测量矢量光束不可分割性的装置就成为了一个重要的挑战，且对于自由空间抗湍流通信具有重要意义。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种矢量光束不可分割性测量装置和基于矢量光束不可分割性编码的抗湍流通信系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、第一方面，本专利技术实施例提供了一种矢量光束不可分割性测量装置，所述装置包括：
3、激光器、第一分束器、矢量光束产生模块、四分之一波片、第一准直器、起偏器、第二分束器、偏振分束器、光场相机模块和计算模块；其中，
4、所述激光器用于产生输入光束；所述第一分束器用于将所述输入光束分为参考路和信号路，分别输入所述第一准直器和所述矢量光束产生模块；
5、所述第一准直器用于将输入的参考路光束调整为自由空间中的准直高斯光束；所述起偏器用于将所述准直高斯光束转化为45°线偏振的参考光；
6、所述矢量光束产生模块包括至少一组准直器和矢量光束产生器，各组准直器和矢量光束产生器用于根据输入的信号路光束产生相应阶的矢量光束，并将所述相应阶的矢量光束作为一组待测矢量光束输入所述四分之一波片；所述四分之一波片用于将获得的待测矢量光束转换为叠加态的信号光；
7、所述第二分束器用于将所述参考光和所述信号光合束后进行离轴干涉，并将得到的干涉场光束输入所述偏振分束器；所述偏振分束器用于将所述干涉场光束进行偏振分束后输入所述光场相机模块；所述光场相机模块用于利用其中的光场相机得到不同偏振通道下的离轴干涉全息图；所述计算模块用于对得到的离轴干涉全息图计算对应的复振幅分布信息，并根据得到的复振幅分布信息计算所述待测矢量光束的不可分割性数值。
8、在本专利技术的一个实施例中，在所述矢量光束产生模块包括至少两组准直器和矢量光束产生器时，所述矢量光束产生模块还包括第三分束器；其中，所述至少两组准直器和矢量光束产生器用于产生不同阶的矢量光束；所述第三分束器用于将所述不同阶的矢量光束合束后输入所述四分之一波片。
9、在本专利技术的一个实施例中，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器，基于偏振光学器件与q板/涡旋波片组合得到。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器为预设分束器、预设偏振分束器、预设相位全息图加载器件、预设半波片和预设四分之一波片构成的、两路偏振分别调制为相反阶数涡旋光束后再合束的矢量光束产生系统。
11、在本专利技术的一个实施例中，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器为基于偏振敏感型相位全息图加载器件或偏振不敏感型涡旋相位结构的萨格纳克环路。
12、在本专利技术的一个实施例中，所述光场相机模块包括第一光场相机和第二光场相机；其中，所述第一光场相机和所述第二光场相机分别用于得到所述待测矢量光束中左旋圆偏振通道的离轴干涉全息图和右旋圆偏振通道的离轴干涉全息图，并输入所述计算模块。
13、在本专利技术的一个实施例中，所述光场相机模块包括第三光场相机；其中，所述第三光场相机用于得到所述待测矢量光束中左旋圆偏振通道的离轴干涉全息图和右旋圆偏振通道的离轴干涉全息图，并输入所述计算模块。
14、在本专利技术的一个实施例中，所述偏振分束器为渥拉斯顿棱镜或位移型偏振分束器，以用于将所述干涉场光束的两个正交线偏振分量在同一侧分开。
15、在本专利技术的一个实施例中，所述计算模块对得到的离轴干涉全息图计算对应的复振幅分布信息，并根据得到的复振幅分布信息计算所述待测矢量光束的不可分割性数值的过程，包括：
16、利用计算模块对所述待测矢量光束得到的离轴干涉全息图计算对应的复振幅分布信息；其中，所述复振幅分布信息包括强度和相位。
17、计算得到的复振幅分布信息与不同模式基的重叠积分大小，得到所述复振幅分布信息对应的一组不同模式的功率权重；
18、根据得到的所有不同模式的功率权重组成功率权重矩阵；
19、利用所述功率权重矩阵计算所述待测矢量光束的不可分割性数值。
20、第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于矢量光束不可分割性编码的抗湍流通信系统，基于第一方面所述的矢量光束不可分割性测量装置实现，所述基于矢量光束不可分割性编码的抗湍流通信系统在所述矢量光束不可分割性测量装置的结构基础上，还包括：
21、不可分割性编码器，用于根据电信号的电平本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，在所述矢量光束产生模块包括至少两组准直器和矢量光束产生器时，所述矢量光束产生模块还包括第三分束器；其中，所述至少两组准直器和矢量光束产生器用于产生不同阶的矢量光束；所述第三分束器用于将所述不同阶的矢量光束合束后输入所述四分之一波片。
3.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器，基于偏振光学器件与Q板/涡旋波片组合得到。
4.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器为预设分束器、预设偏振分束器、预设相位全息图加载器件、预设半波片和预设四分之一波片构成的、两路偏振分别调制为相反阶数涡旋光束后再合束的矢量光束产生系统。
5.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器为基于偏振敏感型相位全息图加载器件或偏振不敏感型涡旋相位结构的萨格纳克环路。
<...【技术特征摘要】
1.一种矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，在所述矢量光束产生模块包括至少两组准直器和矢量光束产生器时，所述矢量光束产生模块还包括第三分束器；其中，所述至少两组准直器和矢量光束产生器用于产生不同阶的矢量光束；所述第三分束器用于将所述不同阶的矢量光束合束后输入所述四分之一波片。
3.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器，基于偏振光学器件与q板/涡旋波片组合得到。
4.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器为预设分束器、预设偏振分束器、预设相位全息图加载器件、预设半波片和预设四分之一波片构成的、两路偏振分别调制为相反阶数涡旋光束后再合束的矢量光束产生系统。
5.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，所述矢量光束产生模块中的矢量光束产生器为基于偏振敏感型相位全息图加载器件或偏振不敏感型涡旋相位结构的萨格纳克环路。
6.根据权利要求1所述的矢量光束不可分割性测量装置，其特征在于，所述光场相机...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁益泽，邵晓鹏，席特立，刘丽娴，张一鸣，曹帅，邹昀睿，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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