[發明專利]基于高斯貝塞爾-軌道角動量的光通信編解碼方法

有效

• 申請號: 201710790582.1
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107612626B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 姚浩;趙生妹
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/40;H04B10/67
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了基于高斯貝塞爾?軌道角動量的光通信編解碼方法，該方法將高斯貝塞爾?軌道角動量與光通信系統相結合，由于OAM光的螺旋相位特性，單光子OAM態取值可以從負無窮到正無窮，并且不同OAM態取值函數相互正交的特性，能極大的提升信道容量。此外，相對于單一軌道角動量每個l只能編碼一個數字；本發明利用高斯貝塞爾軌道角動量疊加模式，使M個l能編碼2^M個數字，將系統所能攜帶的比特信息提升到M比特，為通信系統容量的提升提供了一種嶄新的方法。

技術領域

本發明涉及基于高斯貝塞爾-軌道角動量的光通信編解碼方法，具體涉及采用高斯貝塞爾-軌道角動量態L疊加模式作為信息載體的編解碼方法，屬于光通信技術領域。

背景技術

隨著21世紀的到來，通信信息技術飛速發展，人類對信息資源的需求也越來越大，特別是近十年的數據業務發展更加是爆炸式地增長。光通信系統能達到更高的數據傳輸容量和高的頻譜利用率，成為人們關注的熱點。為了得到更大容量的通信系統，人們開始利用光波的不同物理特征實施信息復用。光波信號的有效復用傳輸方式，包括波分復用(Wavelength-Division Multiplexing，WDM)、極化復用(Polarization-DivisionMultiplexing，PDM)、時分復用(Time-Division Multiplexing，TDM)和空分復用(Space-Division Multiplexing，SDM)。近些年，研究發現軌道角動量(Orbital AngularMomentum，OAM)，OAM態與光子的能量、波長、極化等特性一樣，已成為一種信息復用通信的新型自由度。

軌道角動量態是經典力學和量子力學的基本物理量。1992年，荷蘭物理學家Allen首次實驗證實拉蓋爾-高斯(Laguerre-Gaussian，LG)光除了具有線動量和自旋角動量(Spin Angular Momentum，SAM)之外，還具有l＝的軌道角動量，其中l為方位角指數，又稱為拓撲荷(Topological Charge)，＝為h/2π，h為普朗克常數。OAM態屬于光子角動量的一種。光子角動量分為自旋角動量和軌道角動量。SAM與光的偏振有關，而OAM與波函數的空間分布有關，它含有一個旋轉相位因子e^ilθ，θ為傳播方位角。OAM態是螺旋相位射線束的自然特性，無論是電子束、射頻還是光波都具有該特性。與光子的SAM僅有兩種取值不同，單光子OAM態取值可以從負無窮到正無窮，并且不同OAM態取值函數相互正交，利用OAM態的這兩種性質很適合做OAM態復用光通信。2012年6月，Wang等人提出利用空間光調制器(SpatialLight Modulator，SLM)演示并通過基于軌道角動量復用的新型高速通信方式，它能在不需要額外頻譜帶寬的情況下，極大地提升系統的傳輸速率。這意味著利用軌道角動量新型自由度空間量，為通信系統容量的提升提供一種嶄新的方法。

貝塞爾光束由于其長焦深、無衍射、自恢復等特性，目前被廣泛關注。當貝塞爾光束的主瓣被介質中障礙物遮擋后，經過一定距離的傳輸，還能夠重新愈合并穩定傳輸。此外，在對抗大氣湍流方面，盡管大氣湍流的影響改變了貝塞爾光束無衍射傳播的距離，但是貝塞爾光束在一定程度上仍然可以保持其中心光斑恒定的大小和強度，在湍流大氣中可以較小的受到大氣湍流的影響。因此，貝塞爾光束在光通信中有很大的發展前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供基于高斯貝塞爾-軌道角動量的光通信編解碼方法，采用高斯貝塞爾軌道角動量疊加模式作為編解碼過程中的信息載體，實現更高速率的通信。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于高斯貝塞爾-軌道角動量的光通信編解碼方法，包括如下步驟：

步驟1，在發送端，使用M種軌道角動量態L的疊加模式為：