[發明專利]一種混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置及方法

有效

• 申請號: 202010825421.3
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN112179506B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 陳書青;黃澤斌;王佩佩;劉俊敏;賀炎亮;李瑛;范滇元
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G06N3/08
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 朱陽波

1.一種混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置，其特征在于，所述混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置包括：

光束產生裝置，用于將雜偏基模高斯光處理生成水平偏振方向的高斯光后再轉變為水平偏振的混合階或分數階渦旋光束；

特征樣本制備裝置，用于對所述混合階或分數階渦旋光束進行湍流相位和二維叉形渦旋光柵相位加載，經過遠場衍射后得到遠場衍射陣列，并利用特征參量提取器件提取特征樣本，得到全連接神經網絡訓練和測試所需的畸變特征樣本；

網絡訓練和識別裝置，用于通過所述畸變特征樣本對全連接神經網絡進行迭代訓練得到最優模型后，再通過最優模型對測試集中的混合階或分數階渦旋光模態進行檢測，快速且準確的檢測出湍流條件下畸變的混合階或分數階渦旋光束模態；

所述光束產生裝置包括：

用于產生一束雜偏基模高斯光束的光源；

設置在所述光源后方，用于將所述雜偏基模高斯光束在水平偏振方向上調解后生成水平偏振態的高斯光束的起偏器；

設置在所述起偏器后方，用于將水平偏振態的高斯光束處理為水平偏振的混合階或分數階渦旋光束的渦旋光產生模塊；

所述特征樣本制備裝置包括：

設置在所述渦旋光產生模塊后方，用于將所述水平偏振的混合階或分數階渦旋光束加載湍流相位轉變為相位畸變的混合階或分數階渦旋光束的湍流相位加載模塊；

設置在所述湍流相位加載模塊后方，用于將所述相位畸變的混合階或分數階渦旋光束轉變成渦旋光柵陣列的二維叉形渦旋光柵加載模塊；

設置在所述二維叉形渦旋光柵加載模塊后方，用于將所述渦旋光柵陣列處理得到受湍流擾動的二維混合階或分數階渦旋陣列的衍射模塊；

設置在所述衍射模塊后方，用于采集畸變渦旋光柵陣列圖樣的記錄衍射圖樣模塊；

設置在所述記錄衍射圖樣模塊后方，用于對所述畸變渦旋光柵陣列圖樣進行特征參量提取的特征參量提取模塊；

所述網絡訓練和識別裝置包括：

設置在所述特征參量提取模塊后方，用于輸入所述特征參量提取模塊提取的所述特征參量的網絡輸入模塊；

設置在所述網絡輸入模塊后方，用于對所述特征參量進行迭代訓練，并通過所述最優模型對測試集中的混合階或分數階渦旋光模態進行檢測的網絡訓練測試模塊；

所述光源、起偏器、渦旋光產生模塊、湍流相位加載模塊、二維叉形渦旋光柵加載模塊、衍射模塊、記錄衍射圖樣模塊、特征參量提取模塊、網絡輸入模塊以及網絡訓練測試模塊依次設置在同一光軸上。

2.根據權利要求1所述的混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置，其特征在于，所述光源為工作波長為1550nm的激光器；

所述起偏器為水平偏振方向的格蘭棱鏡；

所述渦旋光產生模塊為只對水平偏振方向響應的第一空間光調制器；

所述湍流相位加載模塊為只對水平偏振方向響應的第二空間光調制器；

所述二維叉形渦旋光柵加載模塊為只對水平偏振方向響應的第三空間光調制器；

所述衍射模塊為1550nm波段的傅里葉透鏡；

所述記錄衍射圖樣模塊為1550nm波段的電荷耦合器件；

所述特征參量提取模塊為第一計算機；

所述網絡輸入模塊為數據傳輸裝置；

所述網絡訓練及測試模塊為搭建有全連接神經網絡模型的第二計算機；

所述數據傳輸裝置用于將所述第一計算機的特征參量傳輸至所述第二計算機。

3.一種基于權利要求1-2任一項所述混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置的混合階或分數階渦旋光束模態識別方法，其特征在于，所述混合階或分數階渦旋光束模態識別方法包括以下步驟：

通過所述光束產生裝置將雜偏基模高斯光處理生成水平偏振方向的高斯光后再轉變為水平偏振的混合階或分數階渦旋光束；

通過所述特征樣本制備裝置對所述混合階或分數階渦旋光束進行湍流相位和二維叉形渦旋光柵相位加載，經過遠場衍射后得到遠場衍射陣列，并利用特征參量提取器件提取特征樣本，得到全連接神經網絡訓練和測試所需的畸變特征樣本；

通過所述網絡訓練和識別裝置獲取所述畸變特征樣本對全連接神經網絡進行迭代訓練得到最優模型后，再通過最優模型對測試集中的混合階或分數階渦旋光模態進行檢測。