【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学补偿和水下无线光通信，更具体地，涉及一种面向扰动信道的复振幅空间光调制器（spatial light modulator，slm）自适应光路对准系统和方法。
技术介绍
1、水下无线光通信（underwater optical wireless communication，uowc）是以光作为载波的水下信息无线传输方式。相比之前的水声通信等技术，uowc技术在中短距离范围内可有效支持高速、宽带、安全的无线传输业务。
2、由于水体容易受到不同程度的海洋湍流、气泡、盐度梯度、温度梯度、洋流、海浪、海风等效应的影响，这将引起接收光强的时变波动，从而导致uowc链路性能的严重下降。例如，为了减少湍流扰动对uowc系统的影响，针对水下湍流的时变影响，有研究者提出了基于自适应光学的闪烁抑制技术，该技术属于主动补偿技术，能够有效提高信号的质量；自适应光学系统由波前检测器件和补偿器件组成，通过采用适当的补偿器件和算法，实现对入射波前像差的补偿校正，从而减少光学闪烁。该技术具有可实时补偿相位、可动态跟踪对准等优点，因而成为提升uowc系统在水下扰动条件下的传输性能的解决方案之一。
3、自适应系统的波前补偿器件分为可变形反光镜（deformable mirror，dm）、数字微镜器件（digital micro-mirror device，dmd）、slm等，相较于dm和dmd，slm是最常用的自适应元件。slm是一种高速率、高精度且具备多维度调制的器件，被广泛应用于自适应光学系统中，其主要用于提供仅相位或强
4、目前，已有多项研究探讨了基于slm的自适应光学技术对闪烁补偿的应用，例如在文献“y. baykal, ‘adaptive optics correction of scintillation in underwatermedium,’ j. mod. opt., vol. 67, no. 3, pp. 220-225, jan. 2020”中，作者将湍流扰动引起的像差使用低阶zernike滤波函数进行表示，然后通过自适应光学的作用实现了像差校正，并分析了像差对闪烁的影响；但zernike系数的运算和调整较为耗时，很难做到实时动态补偿。在文献“沈川, 刘凯峰, 张成等.可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影[j].光子学报, vol. 43, no. 5, pp. 94-101, may 2014”中，作者基于slm的可编程菲涅耳相位透镜实现了特定画面的投影，可生成对应的图案；该方案使用的可编程菲涅耳相位透镜可实现对光束的聚焦，但无法在焦平面任意一处自定义聚焦点。
5、在现有的专利文献中公开了一种基于机器学习的高速自适应光学环形光斑校正系统和方法，其通过搭建学习模型，建立起畸变环形光斑形态与校正该畸变所需的相位重构系数之间的映射关系，将待测的畸变环形光斑输入训练好的模型中，求解出校正该畸变的相位重构系数，再进一步将相位重构系数重构出的校正相位加载到slm上可以校正畸变。虽然该方案能够通过slm实现环形光斑像差的校正，但其整体思路是采集畸变后的光斑之后再利用机器学习模型进行校正，在训练过程中需要尽量穷举所有可能的畸变光斑作为训练集，其系统性能严重受限于模型的训练精度。由于在实际部署中难以获得畸变后的光斑全集，因而无法实现对畸变光斑的100%正确校正，在动态环境下的光学矫正效果较差。此外，该方案是通过机器学习求解相应畸变相位的相位重构系数，仅限于恢复出初始的环形光斑，而无法实现不同焦距和焦平面中任意位置点的实时动态聚焦，难以支持对光路的有效跟踪和对准。
6、综上，尽管现有方案提出了针对slm的自适应补偿算法，能够对波前失真进行迭代补偿，同时使用可编程菲涅耳相位透镜实现了对光束的聚焦控制，但依然存在以下两个缺点：一个是现有方案大多仅研究了通过纯相位slm对光场的强度调控补偿，但较少考虑对不同焦距和焦平面中任意位置点的实时动态聚焦，因此难以实现光路的有效跟踪和对准；另一个是目前在纯相位slm上采用复振幅调控技术实现波前校正和光路自定义对准的相关研究尚不多见，具体的解决方案仍需探索。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述现有技术难以实现光路的有效跟踪和对准的缺陷，提供一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准系统和方法，能够对受扰动光学信道中传输的光束进行光场校正和对准，如湍流、气泡、盐度梯度、温度梯度、洋流、海浪、海风等扰动信道中的uowc系统接收机对准、携带相位信息的光信号的相位恢复等；本专利技术旨在面向这些场景进行复振幅slm调控方案设计，使纯相位slm同时具备强度和相位调控的能力，并基于该能力实现对光电探测器（photoelectric detector，pd）的受控持续对准。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
3、一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准系统，用于对扰动信道中的待对准光束进行对准，包括：分束镜、波前传感器、处理器和相位型slm；所述相位型slm包括液晶和液晶控制器；所述波前传感器、处理器和液晶控制器依次连接；
4、所述分束镜用于接收待对准光束，并将待对准光束分解为目标光和参考光；
5、所述波前传感器用于接收参考光，获取参考光的相位信息并输入处理器；
6、所述处理器用于根据参考光的相位信息和预设的对准位置计算复振幅调控的叠加补偿量，根据复振幅调控的叠加补偿量生成相位全息图，并将相位全息图输入液晶控制器；
7、在所述相位型slm的液晶控制器中，相位全息图包括若干个渐变灰度的环状结构，用于模拟在预设的对准位置聚焦光线的环状闪耀光栅；
8、所述相位型slm的液晶用于接收目标光，液晶控制器用于将相位全息图转换为控制电压，并控制液晶对目标光进行对准输出，对准输出后的目标光聚焦于预设的对准位置。
9、优选地，所述波前传感器包括相机和设置于相机镜头前的微透镜阵列，相机与处理器连接。
10、优选地，所述相机具体为cmos相机。
11、优选地，所述系统还包括设置于预设的对准位置的光电探测器，用于接收对准输出后的目标光并进行光电转换和后处理。
12、优选地，所述扰动信道具体为uowc信道，所述扰动包括不同特性的湍流、气泡、盐度梯度、温度梯度、洋流、海浪和海风中的任意一种或多种。
13、本专利技术还提供一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准方法，其处理过程包括以下步骤：
14、扰动信道中的待对准光束经过所述分束镜后被分解为目标光和参考光；
15、所述波前传感器接收参考光，获取参考光的相位信息并输入处理器；
16、所述处理器根据参考光的相位信息和预设的对准位置计算复振幅调控的叠加补偿量，根据复振幅调控的叠加补偿量生成相位全息图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准系统，用于对扰动信道中的待对准光束进行对准，其特征在于，包括：分束镜、波前传感器、处理器和相位型SLM；所述相位型SLM包括液晶和液晶控制器；所述波前传感器、处理器和液晶控制器依次连接；
2.根据权利要求1所述的一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准系统，其特征在于，所述波前传感器包括相机和设置于相机镜头前的微透镜阵列，相机与处理器连接。
3.根据权利要求2所述的一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准系统，其特征在于，所述相机具体为CMOS相机。
4.根据权利要求1所述的一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准系统，其特征在于，所述系统还包括设置于预设的对准位置的光电探测器，用于接收对准输出后的目标光并进行光电转换和后处理。
5.根据权利要求1~4任意一项中所述的一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准系统，其特征在于，所述扰动信道具体为UOWC信道，所述扰动包括不同特性的湍流、气泡、盐度梯度、温度梯度、洋流、海浪和海风中的任意一种或多种。
6.一种面向
7.根据权利要求6所述的一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准方法，其特征在于，所述复振幅调控的叠加补偿量包括相位型SLM液晶每个点的光强补偿量和相位补偿量。
8.根据权利要求7所述的一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准方法，其特征在于，所述处理器根据参考光的相位信息和预设的对准位置计算复振幅调控的叠加补偿量的步骤具体为：
9.根据权利要求6~8任意一项所述的一种面向扰动信道的复振幅SLM自适应光路对准方法，其特征在于，所述相位全息图所模拟的环状闪耀光栅包括若干个共顶点的圆锥结构；
10.一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求8所述方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准系统，用于对扰动信道中的待对准光束进行对准，其特征在于，包括：分束镜、波前传感器、处理器和相位型slm；所述相位型slm包括液晶和液晶控制器；所述波前传感器、处理器和液晶控制器依次连接；
2.根据权利要求1所述的一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准系统，其特征在于，所述波前传感器包括相机和设置于相机镜头前的微透镜阵列，相机与处理器连接。
3.根据权利要求2所述的一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准系统，其特征在于，所述相机具体为cmos相机。
4.根据权利要求1所述的一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准系统，其特征在于，所述系统还包括设置于预设的对准位置的光电探测器，用于接收对准输出后的目标光并进行光电转换和后处理。
5.根据权利要求1~4任意一项中所述的一种面向扰动信道的复振幅slm自适应光路对准系统，其特征在于，所述扰动信道具体为uowc信道，所述扰动包括不同特性的湍流、气泡、...
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