[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

本發明公開了一種混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置及方法，所述裝置包括：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，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。本發明旨在實現高速、高精度以及大范圍渦旋光模態檢測，從而提升OAM通信的性能。

技術領域

本發明涉及人工智能以及光學技術領域，尤其涉及的是一種混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置及方法。

背景技術

渦旋光是一種攜帶軌道角動量OAM(Orbital Angular Momentum,OAM，在空間中運動而具有的角動量)的光束，其中心存在相位奇點，在空間分布上呈“甜甜圈”型結構。這些特性使得渦旋光廣泛應用于光學操縱、量子信息處理、光子計算機以及自由光空間通信等領域。在通信領域中，由于不同OAM光束之間相互正交，提供了一個全新的物理維度，可以與傳統復用技術相結合作為載波進行多路復用，極大地提高系統的通信容量和頻譜效率。目前很多研究工作已經證明OAM模式能用來提升OAM復用通信中的容量密度。然而，表現為OAM模式快速切換的位移鍵控和復用通信由于缺乏對于混合階或分數階渦旋光的高效和準確識別而使其應用遇到極大的障礙。

因此，針對上述缺陷，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種混合階或分數階渦旋光束模態識別的裝置及方法，旨在實現高速、高精度以及大范圍的渦旋光模態檢測，從而提升OAM通信的性能。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置，其中，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。

所述混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置，其中，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。

所述混合階或分數階渦旋光束模態識別裝置，其中，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；