[發明專利]軌道角動量空間光通信中抑制大氣湍流影響的系統

有效

• 申請號: 201610332504.2
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN105827329B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 楊春勇;甘雨;徐創;侯金;陳少平
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/548;H04L27/20
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 黃瑞棠

技術領域

本發明涉及空間光通信技術，尤其涉及一種軌道角動量空間光通信中抑制大氣湍流影響的系統。

背景技術

軌道角動量（Orbital Angular Momentum，OAM）光束是指其波前包含一個螺旋相位結構的光束，螺旋相位表達式為exp(ilθ)，其中，θ是角坐標，l是方位角指數，定義為OAM光束的拓撲荷數。拓撲荷數不同的光場分布也稱為不同的OAM模式。

近年來關于OAM光束在光通信中的應用的研究開始興起。在光通信中，可以采用不同拓撲荷數的OAM光束作為不同的復用信道傳輸信息。目前研究的主要方向是將OAM光束用于自由空間光通信中，攜帶信息的OAM光在大氣傳播一段距離后到達接收端。然而OAM光束在大氣中傳播時，會因為湍流大氣中空氣折射率的隨機起伏出現相位的畸變，對接收到的信息造成干擾，導致傳輸系統性能下降，往往會導致通信無法進行。相位的畸變是導致系統性能劣化的主要因素。為了克服大氣湍流的影響，從光學領域的角度，當前常見的做法是采用自適應光學系統對畸變光束進行波前矯正，從而提高系統性能。2014年，南加州大學Yongxiong Ren等人提出了一套哈特曼自適應光學補償系統來校正波前畸變，他們利用基模高斯光束作為“探針”光束求得波前畸變情況（Ren Y, Xie G, Huang H, et al. Adaptive optics compensation of multiple orbital angular momentum beams propagating through emulated atmospheric turbulence[J]. Optics letters,2014, 39(10): 2845-2848）。2015年，Guodong Xie等人提出一種無需探針光束的新方案，利用基于zernike多項式的隨機并行梯度下降(SPGD)算法來對OAM光束進行相位畸變校正（Xie G, Ren Y, Huang H, et al. Phase correction for a distorted orbital angular momentum beam using a Zernike polynomials-based stochastic- parallel-gradient-descent algorithm[J]. Optics letters, 2015, 40(7): 1197-1200）。自適應光學系統需要不斷探測光束的波前或光強分布，根據探測結果動態地控制矯正模塊對光束進行矯正，雖然確實對通信具有一定的改善效果，但是普遍結構復雜成本較高，還難以在實際通信場合中廣泛使用。

發明內容

本發明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種軌道角動量空間光通信中抑制大氣湍流影響的系統。本發明不需要為了進行矯正而額外地探測光束的波前或光強分布，也沒有復雜的矯正模塊，相比現有的自適應光學湍流抑制方案具有結構簡單容易實現成本較低的優點，更適合在實際通信場合中廣泛運用。

為達到上述目的，本發明的技術方案具體實現如下：

軌道角動量空間光通信中抑制大氣湍流影響的系統（簡稱系統）

本系統包括偏振分束器、第1分束器、第2分束器、空間光調制器、光學混頻器和光電探測器；

其連通關系是：

偏振分束器分別與第1分束器和第2分束器連通；

第1分束器、空間光調制器、光學混頻器和光電探測器依次連通；

第2分束器、光學混頻器和光電探測器依次連通。

與現有的技術相比，本發明具有下列優點和積極效果：

①實現了光束中不同OAM信道信息的分離；

②在一定程度上抑制了湍流的影響，提高了通信系統性能；

③結構簡單，易于實現。

附圖說明

圖1是本系統的結構方框圖；

圖中：

10—偏振分束器；

20—第1分束器；

30—第2分束器；

40—空間光調制器，

41—第1空間光調制器，

42—第2空間光調制器，

……

4M—第M空間光調制器，M是正整數，1≤M≤50；

50—光學混頻器（90°），

51—第1光學混頻器，

52—第2光學混頻器，

……

5N—第N光學混頻器，N是正整數，1≤N≤50；

60—光電探測器，

61—第1光電探測器，

62—第2光電探測器，