申请/专利权人：中国科学院光电技术研究所

申请日：2022-05-25

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN115037377B

主分类号：H04B10/516

分类号：H04B10/516;H04B10/50;H04B10/60

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2022.09.30#实质审查的生效;2022.09.09#公开

摘要：本发明涉及一种基于多环完美涡旋光束的高维数字信号编解码方法与系统。本发明利用完美涡旋光束光环半径不随轨道角动量变化的特性，提出将轨道角动量模式和空间位置信息两个独立的维度同时作为编码特征，即轨道角动量编码与空分复用结合，进行高维数字编码，提升编码效率。在有限的空间下，使用较少的轨道角动量模式，可以编码更大的信息量。该方法编码通过全息实现，解码通过扇形微透镜实现，系统结构简单，计算方便。

主权项：1.一种基于多环完美涡旋光束的高维数字信号编解码系统，其特征在于：包括发射部分和接收部分；用于生成编码的多环完美涡旋光束并进行编码的发射部分包括激光器1、偏振片2、扩束准直器3、空间光调制器4、第一透镜5、小孔光阑6、第二透镜7；用于解码的接收部分包括第三透镜9、第四透镜10、扇形微透镜阵列11、CCD相机12，计算机13；所述的激光器1用于产生基模高斯光束；所述的偏振片2用于产生与空间光调制器4对应的线偏振激光；所述的扩束准直器3用于将激光扩束为生成多环完美涡旋光束所需的尺寸；所述的空间光调制器4位于扩束镜3后方，其靶面加载编码所需的全息图，用于生成编码的多环完美涡旋光束；所述第一透镜5、小孔光阑6和第二透镜7组成望远镜系统，用于滤波其他高阶衍射级次和高频噪声，获得模式纯度高的多环完美涡旋光束，来进行自由空间传输；所述的第三透镜9和第四透镜10组成的望远镜系统，用于接收发射部分出射的多环完美涡旋光束；所述的扇形微透镜阵列11为圆对称结构，用于将多环完美涡旋光束的OAM信息转化为焦面上光斑的位置信息；所述CCD相机12位于扇形微透镜阵列11的焦面上，用于观测焦面上的光场；所述的计算机13用于生成信号编码所需的全息图并加载到空间光调制器4上，和提取CCD相机12采集的图像，计算焦面上光斑的质心，得到不同环上完美涡旋光束的OAM信息，实现信号解调；其中，完美涡旋光束的光环半径独立于拓扑荷数，并且半径大小可控，多环完美涡旋光束可以表示为： 其中，M表示环数，RM表示完美涡旋光束的光环半径，lM表示不同位置完美涡旋光束的拓扑荷数，ω0为束腰半径，r,θ分别为径向和角向坐标，i为虚数，完美涡旋光束的空间位置与OAM模式相互独立，可以同时用于信息编码技术中，来提高编码效率；在信息编码过程中，采用完美涡旋光束的N个不同的OAM模式可以进行编码，表示为N进制码元，每个码元携带的信息量为log2N比特，也就是参与编码的模式越多，编码的信息量越大，除了OAM模式外，多环完美涡旋光束的每个完美涡旋光束还具有空间位置信息；假设有M个环，那么每个OAM模式具有M个位置信息，将空间信息与轨道角动量模式同时进行编码，经该编码方式调制后的码元将携带log2NM＝Mlog2N比特的信息量，与仅使用OAM模式进行编码的方式相比，信息量增加了M倍；基于多环完美涡旋光束的高维数字信号解码方式，由一个扇形微透镜阵列来进行解码，当多环完美涡旋光束经过扇形微透镜阵列时，不同环上的完美涡旋光束会被扇形小透镜分割，并在焦面上聚焦，由于其相位为螺旋结构，焦面上的光斑会发生偏移，偏移量可以用来计算OAM的大小，偏移方向表示OAM符号。

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权利要求：

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