【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及光通信，特別是涉及一種基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、不斷提升信息傳輸能力一直都是通信領(lǐng)域孜孜以求的目標(biāo)，然而有限的帶寬資源還不能滿足信息量爆炸增長的需求。盡管波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、偏振復(fù)用等復(fù)用技術(shù)，以及正交頻分復(fù)用、正交幅度調(diào)制、碼分多址等調(diào)制技術(shù)的廣泛應(yīng)用在一定程度上緩解了信息量暴增的壓力，源于幅度、相位、頻率/波長、偏振態(tài)、時(shí)間維度資源已開發(fā)殆盡問題，現(xiàn)有通信系統(tǒng)容量無法滿足不斷增長的通信容量的需求。由于渦旋光束攜帶的軌道角動量具有無窮多種本征態(tài)，且不同模態(tài)之間相互正交，因此渦旋光束的提出提供了空間維度資源，有望從根本上解決通信容量危機(jī)問題。
2、目前，通過軌道角動量復(fù)用提升通信容量得到廣泛關(guān)注，采用的方法大多是通過直接疊加束腰半徑參數(shù)相同的多種模態(tài)軌道角動量的渦旋光束來實(shí)現(xiàn)，然后在通信系統(tǒng)接收端通過相干檢測識別軌道角動量完成信息編譯碼(alan?e.willner,huibin?zhou,xinzhou?su,hao?song,kai?pang,and?haoqian?song,“utilizing?structured?modalbeams?in?free-space?optical?communications?for?performance?enhancement”,ieeejournal?of?selected?topics?in?quantum?electronics,29,3700213,2023)。這種方法存在兩個(gè)方面的主要問題，一方面渦旋光束光斑尺寸會隨
3、因此，基于目前采用直接疊加多種模態(tài)軌道角動量的渦旋光束存在的兩個(gè)方面問題，亟需提供一種基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法及系統(tǒng)，以能夠?qū)崿F(xiàn)空分復(fù)用，提升信息編譯碼效率并增強(qiáng)信息傳輸保密安全性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請的目的是提供一種基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)空分復(fù)用，提升信息編譯碼效率并增強(qiáng)信息傳輸保密安全性。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>
3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，所述基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法包括：
4、獲取完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式；
5、將完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式同軸疊加，得到瓣?duì)钔昝罍u旋；所述瓣?duì)钔昝罍u旋為共軛疊加后的光場；
6、將多個(gè)瓣?duì)钔昝罍u旋光束同軸復(fù)用，得到多重瓣?duì)钔昝罍u旋；并根據(jù)多重瓣?duì)钔昝罍u旋中瓣?duì)盍涟叩臄?shù)目識別軌道角動量；并根據(jù)識別軌道角動量進(jìn)行軌道角動量非相干檢測；
7、將多重瓣?duì)钔昝罍u旋置于不同空間位置，組成m行×m列結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列，進(jìn)行空分復(fù)用；
8、將多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中隨機(jī)空間位置中的光場置換為高斯光束，并以高斯光束所在空間位置為起點(diǎn)標(biāo)志讀取光斑分布情況。
9、可選地，所述獲取完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式，具體包括：
10、利用公式確定柱坐標(biāo)系下完美渦旋光束光場e(r,φ)；
11、其中，(r,φ)為極坐標(biāo)，r和φ分別為極徑和極角，φ＝arctan(y/x)，i為虛數(shù)單位，ω0為光束束腰半徑，ω為光斑亮環(huán)的寬度，r為完美渦旋光束的半徑，l為光束的拓?fù)浜蓴?shù)，表征軌道角動量模態(tài)數(shù)，exp()為指數(shù)函數(shù)，x和y分別為直角坐標(biāo)系下的橫縱坐標(biāo)。
12、可選地，所述將完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式同軸疊加，得到瓣?duì)钔昝罍u旋，具體包括：
13、利用公式e′(r,φ)＝e(r,φ)+e*(r,φ)確定瓣?duì)钔昝罍u旋e′(r,φ)；
14、其中，e*(r,φ)為美渦旋光束光場的共軛模式，*為取共軛。
15、可選地，將多個(gè)瓣?duì)钔昝罍u旋光束同軸復(fù)用，得到多重瓣?duì)钔昝罍u旋；并根據(jù)多重瓣?duì)钔昝罍u旋中瓣?duì)盍涟叩臄?shù)目識別軌道角動量；并根據(jù)識別軌道角動量進(jìn)行軌道角動量非相干檢測，具體包括：
16、利用公式確定多重瓣?duì)钔昝罍u旋的光場u(r,φ)；
17、其中，ej′(r,φ)為從里向外數(shù)第j個(gè)瓣?duì)钔昝罍u旋的光場，參數(shù)lj為從里向外數(shù)第j個(gè)瓣?duì)钔昝罍u旋的拓?fù)浜蓴?shù)，rj為第j個(gè)瓣?duì)钔昝罍u旋的半徑，n為復(fù)用瓣?duì)钔昝罍u旋光束的數(shù)量。
18、可選地，所述將多重瓣?duì)钔昝罍u旋置于不同空間位置，組成m行×m列結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列，進(jìn)行空分復(fù)用，具體包括：
19、利用公式確定多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列u′(r′,φ′)；
20、其中，r′和φ′分別為移動到新的空間位置的極徑和極角，極徑極角φs＝arctan(ys/xs)，(xs,ys)為m×m陣列中從上到下、從左向右數(shù)，第s個(gè)空間位置光斑中心坐標(biāo)，xs＝x±d，ys＝y(tǒng)±d，d為平移量。
21、可選地，將多重瓣?duì)钔昝罍u旋置于不同空間位置，組成m行×m列結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列，進(jìn)行空分復(fù)用，之后還包括：
22、利用公式確定多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的光強(qiáng)i(r′,φ′)；
23、其中，|·|表示求模值。
24、可選地，所述將多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中隨機(jī)空間位置中的光場置換為高斯光束，并以高斯光束所在空間位置為起點(diǎn)標(biāo)志讀取光斑分布情況，具體包括：
25、利用公式確定置換為高斯光束后的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的光強(qiáng)uarray(r′,φ′)；
26、其中，egauss為高斯光束，a0為常數(shù)，w為高斯光束的光斑尺寸，δ(·)為狄拉克函數(shù)，k為常數(shù)，k的取值范圍為1～m2。
27、可選地，所述將多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中隨機(jī)空間位置中的光場置換為高斯光束，并以高斯光束所在空間位置為起點(diǎn)標(biāo)志讀取光斑分布情況，具體包括：
28、以高斯光束光斑作為起點(diǎn)標(biāo)志，依次按照空間位置列、行遞增的順序讀取m×m結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中的拓?fù)浜桑?/p>
29、當(dāng)讀取多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中最后一行、最后一列處光斑時(shí)，判斷多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中的空間位置是否全部讀取；
30、若全部讀取，則停止；
31、若未全部讀取，則按照空間位置列、行遞增的順序讀取未被讀取的空間位置處光斑，直至再次讀到起點(diǎn)標(biāo)志，終止讀取。
32、可選地，所述以高斯光束光斑作為起點(diǎn)標(biāo)志，依次按照空間位置列、行遞增的順序讀取m×m結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中的拓?fù)浜桑唧w包括：
33、采用從里向外的順序讀取多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中的每一多重瓣?duì)钔昝罍u旋。
34、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用系統(tǒng)，所述基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述獲取完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式，具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述將完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式同軸疊加，得到瓣?duì)钔昝罍u旋，具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，將多個(gè)瓣?duì)钔昝罍u旋光束同軸復(fù)用，得到多重瓣?duì)钔昝罍u旋；并根據(jù)多重瓣?duì)钔昝罍u旋中瓣?duì)盍涟叩臄?shù)目識別軌道角動量；并根據(jù)識別軌道角動量進(jìn)行軌道角動量非相干檢測，具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述將多重瓣?duì)钔昝罍u旋置于不同空間位置，組成M行×M列結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列，進(jìn)行空分復(fù)用，具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，將多重瓣?duì)?span style='display:none'>完美渦旋置于不同空間位置，組成M行×M列結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列，進(jìn)行空分復(fù)用，之后還包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述將多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中隨機(jī)空間位置中的光場置換為高斯光束，并以高斯光束所在空間位置為起點(diǎn)標(biāo)志讀取光斑分布情況，具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述將多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中隨機(jī)空間位置中的光場置換為高斯光束，并以高斯光束所在空間位置為起點(diǎn)標(biāo)志讀取光斑分布情況，具體包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述以高斯光束光斑作為起點(diǎn)標(biāo)志，依次按照空間位置列、行遞增的順序讀取M×M結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列中的拓?fù)浜?，具體包括：
10.一種基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用系統(tǒng)包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述獲取完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式，具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述將完美渦旋光束光場以及完美渦旋光束光場的共軛模式同軸疊加，得到瓣?duì)钔昝罍u旋，具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，將多個(gè)瓣?duì)钔昝罍u旋光束同軸復(fù)用，得到多重瓣?duì)钔昝罍u旋；并根據(jù)多重瓣?duì)钔昝罍u旋中瓣?duì)盍涟叩臄?shù)目識別軌道角動量；并根據(jù)識別軌道角動量進(jìn)行軌道角動量非相干檢測，具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列的空分復(fù)用方法，其特征在于，所述將多重瓣?duì)钔昝罍u旋置于不同空間位置，組成m行×m列結(jié)構(gòu)的多重瓣?duì)钔昝罍u旋陣列，進(jìn)行空分復(fù)用，具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李永旭，孫詩雅，張志利，周召發(fā)，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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