CN106687837B - 复用装置、解复用装置、模式控制方法及系统 - Google Patents
复用装置、解复用装置、模式控制方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供了一种复用装置、解复用装置、模式控制方法及系统，涉及光通信领域，所述复用装置包括：控制器和相位光栅；控制器和相位光栅电性相连；控制器用于接收N路基模信号各自对应的入射信息，根据N路基模信号各自对应的入射信息生成相位光栅的相位全息图，并将相位全息图传输给相位光栅；相位光栅用于根据相位全息图将N路基模信号调制为一路复用信号。本发明通过控制器接收N路基模信号各自对应的入射信息，根据N路基模信号各自对应的入射信息生成相位光栅的相位全息图，不需要为每一个基模信号设置一个独立的少模相位片来进行相位转换，对光路的精度要求低，且系统构成简单，占用空间小，便于扩展光互联的容量。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别涉及一种复用装置、解复用装置、模式控制方法及系统。
背景技术
随着信息技术领域的不断发展，极短-短距离互联对传输容量和传输密度的需求已经成为亟待解决的问题，而少模模式复用缓解该问题的一个成熟方案。
少模模式复用是指将多路基模信号分别调制在不同的少模模式上并合为一路复用信号进行传输的技术。调制到少模模式上的信号可称为“少模信号”。在现有技术中，N路基模信号中的每一路信号各自对应一个少模相位片，每一路基模信号分别通过对应的少模相位片后调制为对应模式的少模信号，N路少模信号再通过同一个分束器合为一路复用信号，从而完成多路光信号的少模模式复用。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术中，需要为每一路基模信号分别设置一个少模相位片，随着复用模式的增加，需要的少模相位片也会相应增加，当复用的模式较多时，系统构成复杂，对光路的精度要求高，占用空间较大。
发明内容
为了解决现有技术中需要为每一路基模信号分别设置一个少模相位片，导致当复用的模式较多时，系统构成复杂，对光路的精度要求高，占用空间较大的问题，本发明实施例提供了一种复用装置、解复用装置、模式控制方法及系统。所述技术方案如下：
第一方面，提供一种复用装置，所述复用装置包括：控制器和相位光栅；
所述控制器和所述相位光栅电性相连；
所述控制器，用于接收N路基模信号各自对应的入射信息，所述N路基模信号为同时入射至所述相位光栅的基模信号，所述入射信息包括目标模式和入射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器，用于根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅；
所述相位光栅，用于根据所述相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号，所述复用信号中包含N路少模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式。
在第一方面的第一种可能实现方式中，
所述控制器，用于在生成所述相位全息图时，根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路基模信号中的每一路基模信号，所述基模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述基模信号调整为对应的少模信号时，所述相位光栅的相位信息。
结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述控制器，用于在根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息时，对于每一路基模信号，根据所述基模信号的目标模式生成少模相位分布函数，根据所述基模信号的入射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述基模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将以对应的入射角度射入的基模信号衍射到与所述相位光栅的入射端面垂直的方向时，所述相位光栅的相位分布函数。
结合第一方面的第一或者第二种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述控制器，用于在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
结合第一方面的第一或者第二种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述装置还包括：空间光功率计；所述空间光功率计设置于所述相位光栅的出射端，且所述空间光功率计与所述控制器电性相连；
所述空间光功率计，用于测量从所述相位光栅的出射端射出的复用信号中，各个所述少模信号的功率；
所述控制器，用于在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路少模信号的功率均衡。
结合第一方面的第四种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，所述控制器，用于在第1次迭代计算时，确定所述N路基模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅的对应于(x，y)点复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差D1；
所述控制器，用于当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，将α1 m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差D1大于预设的方差阈值时，进行第2次迭代计算。
结合第一方面的第五种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，所述控制器，用于在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，对所述N路少模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路基模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路基模信号对应的占空比系数；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差Dk；
所述控制器，用于当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，将αk m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差Dk大于所述方差阈值时，进行第k+1次迭代计算。
结合第一方面或者第一方面第一至六种可能实现方式中的任意一种，在第一方面的第七种可能实现方式中，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的基模信号的入射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
第二方面，提供一种解复用装置，所述解复用装置包括：路由控制单元、控制器以及相位光栅；
所述控制器分别与所述路由控制单元以及所述相位光栅电性相连；
所述路由控制单元，用于向所述控制器发送N路少模信号对应的衍射信息，所述N路少模信号为入射至所述相位光栅的一路复用信号中包含的信号，所述衍射信息包括当前模式和衍射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器，用于根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅；
所述相位光栅，用于根据所述相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路所述基模信号从所述相位光栅的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度。
在第二方面的第一种可能实现方式中，所述控制器，用于在生成所述相位全息图时，根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路少模信号中的每一路少模信号，所述少模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述少模信号调整为基模信号时，所述相位光栅的相位信息。
结合第二方面的第一种可能实现方式，在第二方面的第二种可能实现方式中，所述控制器，用于在根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息时，对于每一路少模信号，根据所述少模信号的当前模式生成少模相位分布函数，根据所述少模信号的衍射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述少模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将垂直射入的少模信号衍射至对应的衍射角度时，所述相位光栅的相位分布函数。
结合第二方面的第一或者第二种可能实现方式，在第二方面的第三种可能实现方式中，所述控制器，用于在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
结合第二方面的第一或者第二种可能实现方式，在第二方面的第四种可能实现方式中，所述装置还包括：空间光功率计；所述空间光功率计设置于所述相位光栅的出射端，且所述空间光功率计与所述控制器电性相连；
所述空间光功率计，用于测量从所述相位光栅的出射端射出的所述N路基模信号各自的功率；
所述控制器，用于在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路基模信号的功率均衡。
结合第二方面的第四种可能实现方式，在第二方面的第五种可能实现方式中，所述控制器，用于在第1次迭代计算时，确定所述N路少模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差D1；
所述控制器，用于当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，将α1 m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差D1大于预设的方差阈值时，进行第2次迭代计算。
结合第二方面的第五种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，所述控制器，用于在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，对所述N路基模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路少模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路少模信号对应的占空比系数；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差Dk；
所述控制器，用于当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，将αk m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差Dk大于所述方差阈值时，进行第k+1次迭代计算。
结合第二方面或者第二方面第一至六种可能实现方式中的任意一种，在第二方面的第七种可能实现方式中，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的衍射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
第三方面，提供一种模式控制方法，用于复用装置中，所述复用装置包括：控制器和相位光栅，所述方法包括：
所述控制器接收N路基模信号各自对应的入射信息，所述N路基模信号为同时入射至所述相位光栅的基模信号，所述入射信息包括目标模式和入射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅，由所述相位光栅，根据所述相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号，所述复用信号中包含N路少模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式。
在第三方面的第一种可能实现方式中，所述根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路基模信号中的每一路基模信号，所述基模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述基模信号调整为对应的少模信号时，所述相位光栅的相位信息。
结合第三方面的第一种可能实现方式，在第三方面的第二种可能实现方式中，所述根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，包括：
对于每一路基模信号，所述控制器根据所述基模信号的目标模式生成少模相位分布函数，根据所述基模信号的入射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述基模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将以对应的入射角度射入的基模信号衍射到与所述相位光栅的入射端面垂直的方向时，所述相位光栅的相位分布函数。
结合第三方面的第一或者第二种可能实现方式，在第三方面的第三种可能实现方式中，所述根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
结合第三方面的第一或者第二种可能实现方式，在第三方面的第四种可能实现方式中，所述复用装置还包括：空间光功率计；所述方法还包括：
所述控制器在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路少模信号的功率均衡。
结合第三方面的第四种可能实现方式，在第三方面的第五种可能实现方式中，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第1次迭代计算时，所述控制器确定所述N路基模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x)为第1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数；
所述控制器在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差D1；
当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，所述控制器将α1 m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差D1大于预设的方差阈值时，所述控制器进行第2次迭代计算。
结合第三方面的第五种可能实现方式，在第三方面的第六种可能实现方式中，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，所述控制器对所述N路少模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路基模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路基模信号对应的占空比系数；
所述控制器在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差Dk；
当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，所述控制器将αk m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差Dk大于所述方差阈值时，所述控制器进行第k+1次迭代计算。
结合第三方面或者第三方面第一至六种可能实现方式中的任意一种，在第三方面的第七种可能实现方式中，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的基模信号的入射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
第四方面，提供一种模式控制方法，用于解复用装置中，所述解复用装置包括：路由控制单元、控制器和相位光栅，所述方法包括：
所述控制器接收所述路由控制单元发送的N路少模信号对应的衍射信息，所述N路少模信号为入射至所述相位光栅的一路复用信号中包含的信号，所述衍射信息包括当前模式和衍射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅，由所述相位光栅根据所述相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路所述基模信号从所述相位光栅的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度。
在第四方面的第一种可能实现方式中，所述根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路少模信号中的每一路少模信号，所述少模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述少模信号调整为基模信号时，所述相位光栅的相位信息。
结合第四方面的第一种可能实现方式，在第四方面的第二种可能实现方式中，所述根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，包括：
对于每一路少模信号，所述控制器根据所述少模信号的当前模式生成少模相位分布函数，根据所述少模信号的衍射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述少模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将垂直射入的少模信号衍射至对应的衍射角度时，所述相位光栅的相位分布函数。
结合第四方面的第一或者第二种可能实现方式，在第四方面的第三种可能实现方式中，所述根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
结合第四方面的第一或者第二种可能实现方式，在第四方面的第四种可能实现方式中，所述解复用装置还包括：空间光功率计；所述方法还包括：
所述控制器在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路基模信号的功率均衡。
结合第四方面的第四种可能实现方式，在第四方面的第五种可能实现方式中，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第1次迭代计算时，所述控制器确定所述N路少模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数；
所述控制器在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差D1；
当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，所述控制器将α1 m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差D1大于预设的方差阈值时，所述控制器进行第2次迭代计算。
结合第四方面的第五种可能实现方式，在第四方面的第六种可能实现方式中，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号调制为N路基模信号时，所述控制器对所述N路基模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路少模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路少模信号对应的占空比系数；
所述控制器在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差Dk；
当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，所述控制器将αk m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差Dk大于所述方差阈值时，所述控制器进行第k+1次迭代计算。
结合第四方面或者第四方面第一至六种可能实现方式中的任意一种，在第四方面的第七种可能实现方式中，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的衍射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
第五方面，提供一种模式控制系统，所述系统包括：
如上述第一方面或者第一方面的任意一种可能实现方式所示的复用装置，以及，如上述第二面或者第二方面的任意一种可能实现方式所示的解复用装置。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
通过控制器接收N路基模信号各自对应的入射信息，根据N路基模信号各自对应的入射信息生成相位光栅的相位全息图，并将相位全息图传输给相位光栅，相位光栅根据相位全息图将N路基模信号调制为一路复用信号，复用信号中包含N路少模信号，N路少模信号与N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式，多路基模信号的调制和复用都由同一个光栅器件完成，不需要为每一个基模信号设置一个独立的少模相位片来进行相位转换，对光路的精度要求低，且系统构成简单，占用空间小；此外，本发明实施例所示的模式控制系统，只需要增加入射角度和目标模式即可以扩展信道，便于扩展光互联的容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的模式控制系统的结构图；
图2A是本发明一个实施例提供的少模信号产生及调制装置的结构图；
图2B是本发明一个实施例提供的一种光信号入射示意图；
图2C是本发明一个实施例提供的一种相位光栅的相位分布图；
图2D是本发明一个实施例提供的一种相位全息图；
图2E是本发明一个实施例提供的控制器的内部单元结构图；
图3A是本发明一个实施例提供的复用装置的结构图；
图3B是本发明一个实施例提供的控制器的结构图；
图3C是本发明一个实施例提供的五模相位光栅的实验测量与模拟效果对比图；
图3D是本发明一个实施例提供的可以完成LP21，LP11a，LP01，LP11b及LP31五个模式信号的调制和复用的相位光栅的相位全息图；
图4A是本发明一个实施例提供的解复用装置的结构图；
图4B是本发明一个实施例提供的一种路由控制示意图；
图4C是本发明一个实施例提供的另一种路由控制示意图；
图4D是本发明一个实施例提供的模式交换模拟图；
图5是本发明一个实施例提供的模式控制方法的流程图；
图6是本发明一个实施例提供的模式控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的模式控制系统100的结构图。如图1所示，该模式控制系统100可以包括：复用装置110、解复用装置120、N个信号发射单元130以及N个信号接收单元140；
复用装置110中包含第一控制器112和第一相位光栅114，且第一控制器112和第一相位光栅114电性相连；解复用装置120中包含路由控制单元122、第二控制器124和第二相位光栅126，且第二控制器124和路由控制单元122以及第二相位光栅126分别电性相连。
N个信号发射单元130各自通过不同的入射角度向第一相位光栅发射一路基模信号，第一相位光栅114将N个信号发射单元130分别发射的基模信号调制复用为一路复用信号，并从出射端射出，该复用信号通过空间传输后入射至第二相位光栅126；第二相位光栅126将该复用信号解调为N路基模信号，并将解调出的N路基模信号按照不同的衍射角度射出，并分别由N个信号接收单元140接收。
其中，入射角度是指基模信号的入射方向与第一相位光栅的入射端面的垂直线之间的夹角，同理，衍射角度是指基模信号的出射方向与第二相位光栅的出射端面的垂直线之间的夹角。
模式可以理解成光波在空间上的场的分布形式。其表征量的是强度，相位，相位变化的频率等。因此不同的模式，可以理解上在空间上不同的场分布形式。由于具有正交性的多个模式的少模信号之间干扰较小，因此可以通过同一物理信道传输，从而增加物理信道的传输容量。
本发明实施例所示的模式控制系统中，光信号的发送端只需要一个相位光栅，即可以实现将多个基模信号分别调制为不同的少模信号并合成一路复用信号，光信号的接收端也只需要一个相位光栅即可以将一路复用信号解复用成多路基模信号，并分别从不同的衍射角度射出，不需要为每一个基模信号设置一个独立的少模相位片来进行相位转换，对光路的精度要求低，且系统构成简单，占用空间小；此外，本发明实施例所示的模式控制系统，只需要增加入射角度和目标模式即可以扩展信道，便于扩展光互联的容量。
请参考图2A，其示出了本发明实施例提供的一种少模信号产生及调制装置的结构图。该少模信号产生及调制装置可以用于将一路基模信号调制为某一目标模式的少模信号。
如图2A所示，该少模信号产生及调制装置包括控制器210以及相位光栅220。输入信号为一路基模信号，以及该基模信号的入射角度及其期望调整到的目标模式。其中，基模信号直接入射至相位光栅，其对应的入射角度及目标模式输入至控制器。输出信号为一路调制到目标模式上的少模信号。
假设基模信号以入射角θ入射至相位光栅，其预期调制到的目标模式为LPim模，则控制器根据角度和目标模式LPim产生相位全息图，并将相位全息图发送至相位光栅，控制相位光栅进行相位信息的调整。当该基模信号入射至调整后的相位光栅后，即可输出调制到LPim模式上的少模信号。
其中，少模信号产生及调制装置对基模信号进行调制的步骤可以如下：
步骤1、控制器根据输入的基模信号需要调制到的目标模式确定少模相位分布函数。
其中，基模信号对应少模相位分布函数是该基模信号对应的目标模式的相位信息。在相位光栅的入射端面上建立平面直角坐标系，一个少模信号的模式电场通常可以表达式为E＝EAexp(iφ(x，y))，EA为一般高斯或者其他电场表达式，(x，y)表示与少模信号的传输方向垂直的横截面上的坐标，其中，φ(x，y)即为少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数，不同的少模信号对应的φ(x，y)不同，本发明实施例可以根据基模信号的目标模式确定φ(x，y)。
步骤2、控制器根据输入的入射角度确定光栅相位分布函数。
基模信号的光栅相位分布函数是指一个相位光栅将以对应的入射角度射入的基模信号衍射到与相位光栅的入射端面垂直的方向时，该相位光栅的相位分布函数。在本发明实施例中，相位光栅可以只在上述步骤1所述平面直角坐标系中的x轴和y轴之间的某个夹角上进行相位转换；本发明实施例中，(x，y)坐标点对应的光栅相位表达为：
其中，a为预设值，且a＞0，r＝2π/d，d为该相位光栅的光栅周期，r为相位变化的频率，代表单位坐标上相位的变化量，也称之为相位周期，i为虚数符号。在本发明中，d是由基模信号入射角θ来唯一确定。光栅周期d与入射角度θ之间的关系满足：sinθ＝λ/(2*d)，其中，λ为入射的基模信号的波长。
在实际应用中，可以根据输入的基模信号所在的入射角θ在线获取周期信息，也可以提前根据光栅的特点选择合适的周期信息和其对应的入射角形成表格，并将表格存在控制器中，通过识别基模信号的入射角θ来查表获取光栅周期。
请参考图2B所示的光信号入射示意图，其中，一束基模信号21以入射角θ入射至相位光栅的入射端面22，并以垂直于入射端面22的角度射出。设该相位光栅有效的尺寸是2cm*2cm，全部光栅分为1025*1025份，刻蚀精度为2/1025(刻蚀精度主要由工艺决定，代表所能表征的相位变化的最小量)，已知一个光栅周期内有12个最小单位，即一个周期的光栅分成了12份，因此，只有d÷12(um)≥2÷1025(nm)，即d≥23.4(um)时，才能使相位光栅较好的工作。令r＝2π÷d(mm)，即当r≤268时，可以实现相位光栅的正常工作。本发明实施例以r＝260(理论上r是越大越好)为例进行说明，如表1所示，基模信号21的入射角度θ与对应的光栅周期之间的对应关系可以如下：
| θ | 1.83° | 3.67° | 5.50° | 7.34° |
| d | 24.17um | 12.085um | 8.086um | 6.066um |
表1
其中，当入射角度为1.83°时，周期d＝2π÷r(mm)＝2π÷260(mm)＝24.17(um)。此时，设该相位光栅为闪耀光栅，且闪耀光栅仅在入射端面中的x轴方向上对入射的基模信号进行闪耀，则对以1.83°入射的基模信号进行闪耀时，该相位光栅的相位分布图可以如图2C所示。
同理，当d＝2π÷(2*r)(mm)＝2π÷520(mm)＝12.085(um)时，对应的θ为3.67°。
进一步的，在空间光通信中，入射角度θ可以作为不同传输信道(或不同输入口)的表征，每一个入射角度对应一个信号，因此也可以直接存储信道号与周期信息的对应关系。
步骤3、控制器根据产生的少模相位分布函数和光栅相位分布函数产生相位光栅的相位全息图。
根据步骤1和步骤2产生的少模相位分布函数φ(x，y)和光栅相位分布函数rΦ(x，y)得到该相位光栅的相位信息为rΦ(x，y)+φ(x，y)。进一步，该相位光栅的函数表达式可记为
T(x，y)即为相位光栅在(x，y)点处的相位信息，根据相位光栅的相位信息，通过全息计算即可得到该相位光栅的相位全息图。该相位全息图里既包含少模的信息，又包含闪耀光栅的信息。
步骤4、控制器将产生的相位全息图更新至相位光栅，当基模信号入射至该相位光栅时，即可将其调制为指定模式的少模信号，同时使该少模信号的衍射方向与该相位光栅的入射端面垂直。
其中，以LP11模的少模信号为例来说明其对应的相位光栅的相位全息图的产生过程。
在光纤波导中，满足麦克斯韦方程组的混合模式HEl-1m和EHl+1m的组合为线性极化模，记做LPlm模，其中l为l阶贝塞尔函数，m为l阶贝塞尔函数的第l个根。LP11是光纤波导中麦克斯韦方程组解中的第一类贝塞尔函数对应的1阶的第一个根，根据其本身模场的特点规定：
模场关于y轴对称的，称为LP11a模式；模场关于x轴对称的，称为LP11b模式，其相位上的表达式可以表式为：
在本发明实施例中，相位光栅的相位变化频率为r，其中，(x，y)是相位光栅的入射端面上的坐标，根据光栅的刻蚀精度，取各个不同的坐标点(x，y)处的相位值rΦ(x，y)+φ(x，y)，即可得到该相位光栅将基模信号调制为LP11a模式信号，并将该LP11a模式信号衍射到与入射端面垂直的方向时的相位全息图。以相位光栅有效的尺寸是2cm*2cm，全部光栅分为1025*1025份，且r取260为例，通过全息计算后得到产生的相位全息图可以如图2D所示。
需要说明的是，上述根据入射角度和目标模式生成相位全息图并输入相位光栅的步骤可以由控制器通过执行预先存储的程序代码来执行，也可以由控制器中包含的运算单元通过逻辑运算来执行。
当由控制器210中包含的运算单元通过逻辑运算来执行上述步骤时，该控制器210可以包括少模相位产生单元211、光栅相位产生单元212及相位全息图产生单元213，少模相位产生单元211接收输入的目标模式，并根据目标模式确定少模相位，光栅相位产生单元212接收输入的入射角度，并根据入射角度确定光栅相位，相位全息图产生单元213根据少模相位和光栅相位产生相位光栅的相位全息图，该控制器210的内部单元结构图可以如图2E所示。
对图2A所示的装置进行扩展，即可以获得图1所示系统中的复用装置。请参考图3A，其示出了本发明一个实施例提供的复用装置的结构图。其中，该复用装置可以是图1所示系统中的复用装置110。如图3A所示，该复用装置可以包括：控制器310和相位光栅320；
所述控制器310和所述相位光栅320电性相连；
所述控制器310，用于接收N路基模信号各自对应的入射信息，所述N路基模信号为同时入射至所述相位光栅320的基模信号，所述入射信息包括目标模式和入射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器310，用于根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述相位光栅320的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅320；
所述相位光栅320，用于根据所述相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号，所述复用信号中包含N路少模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式。
其中，该相位光栅可以是闪耀光栅，该光栅可以直接将控制器通过数学算法产生的相位全息图导进空间光调制器(英文全称：Spatial Light Modulator，缩写：SLM)，成为可调控光栅器件。
在本发明实施例中，相位光栅根据控制器发送的接收到的相位全息图对自身的相位进行更新，后续N个信号发射单元通过不同的入射角度，分别将一路基模信号发送至相位光栅后，相位光栅按照更新后的相位，将N路基模信号分别调制为对应模式的少模信号，并将调制生成的N路少模信号合成为一路复用信号，多路基模信号的调制和复用都由同一个光栅器件完成。
可选的，所述控制器310，用于在生成所述相位全息图时，根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图。
对于该N路基模信号中的每一路基模信号，该基模信号对应的少模光栅相位信息是相位光栅将该述基模信号调整为对应的少模信号时，该相位光栅的相位信息。
所述控制器310，用于在根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息时，对于每一路基模信号，根据所述基模信号的目标模式生成少模相位分布函数，根据所述基模信号的入射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述基模信号的少模光栅相位信息。
其中，该少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；光栅相位分布函数是相位光栅将以对应的入射角度射入的基模信号衍射到与该相位光栅的入射端面垂直的方向时，该相位光栅的相位分布函数。
可选的，所述控制器310，用于在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是该相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
复用装置是将N路以不同角度入射的基模信号调制到N个不同的少模信号上，并复用成一路信号后输出的光信号处理装置。其中，每一个入射角度相当于一个信道，N个信道与N个入射角度对应，将N路基模信号对应的入射角度1、入射角度2、……、入射角度N和目标模式1、目标模式2、……、目标模式N输入至控制器后，控制器根据这些信息生成闪耀光栅的相位全息图并输入至闪耀光栅，更新闪耀光栅的相位信息。N路基模信号通过更新后的闪耀光栅时，闪耀光栅将N路基模信号调制到N个不同的少模信号上，并复用为一路信号后输出，这就完成了N个不同模式的调制和复用。由于少模信号的不同模式之间存在正交性，因此复用后的信号不会相互干扰，可以在同一个信道上传输，从而增加了信道的传输容量。
其中，控制器生成相位全息图的步骤可以如下所示：
步骤1，控制器利用输入的每一个基模信号的目标模式和入射角度分别产生各自对应的少模相位分布函数和光栅相位分布函数，并产生其对应的少模光栅相位信息。
假设基模信号1到基模信号N的入射角度分别为θ1、θ2、……、θN，根据入射角度唯一确定其对应的周期信息分别为d1、d2、……、dN，其中，根据入射角度获取周期信息的方法如图2A所示实施例中的步骤2一致。进一步，假设各路基模信号需要调制的目标分别为LP11、LP12、……、LP1N。则可以确定各路基模信号对应的少模相位分布函数和光栅相位分布函数分别记为：
φ1(x，y)、……、φN(x，y)和r1Φ1(x，y)、……、rNΦN(x，y)。
各路基模信号对应的少模光栅相位信息的表达式分别为：
步骤2，控制器根据各路基模信号对应的少模光栅相位信息产生闪耀光栅的相位全息图。
具体的，在本发明实施例中，将各路基模信号对应的少模光栅相位信息进行叠加即可产生相位光栅的复合相位信息，其数学表达式可记为：
同理，根据相位光栅的相位信息，通过全息计算即可得到该相位光栅的相位全息图。该相位全息图里包含各级模式的信息，和其对应的闪耀光栅的信息。
步骤3，控制器将相位全息图传递至相位光栅，更新其相位信息。
其中，上述根据各路基模信号对应的目标模式和入射角度生成相位全息图的步骤，可以由控制器执行预先存储的软件代码来实现，也可以由控制器中包含的各个运算单元通过逻辑运算生成。
请参考图3B所示的控制器的结构图，当控制器310由N个控制单元(即图3B中的310a1、……、310ai、……、310aN)和一个相位全息图产生单元310b组成时，N个控制单元分别与N路入射的基模信号对应。每个控制单元由少模相位产生单元、光栅相位产生单元及少模光栅相位产生单元组成。以控制单元i为例对控制单元中的各个单元之间的关系进行说明，第i路信号对应的目标模式i和入射角度i分别输入至少模相位产生单元310ai1和光栅相位产生单元310ai2，生成少模相位i和光栅相位i；生成的少模相位i和光栅相位i传递至少模光栅相位产生单元310ai3，生成少模光栅相位信息i。少模光栅相位信息i和其他N-1个控制单元生成的N-1个少模光栅相位信息一起传递至相位全息图产生单元310b，生成相位光栅的相位全息图。
可选的，本发明实施例所示的复用装置，还可以包括空间光功率计330，该空间光功率计设置于相位光栅320的出射端，且所述空间光功率计320与所述控制器310电性相连；
所述空间光功率计330，用于测量从所述相位光栅的出射端射出的复用信号中，各个所述少模信号的功率；
所述控制器310，用于在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计330的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路少模信号的功率均衡。
其中，所述控制器310，用于在第1次迭代计算时，确定所述N路基模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器310，还用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
所述控制器310，还用于在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率330计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差D1；
所述控制器310，用于当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，将α1 m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器310，用于当所述方差D1大于预设的方差阈值时，进行第2次迭代计算。
所述控制器310，用于在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，将所述N路少模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率，并对得到的各个结果的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路基模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路基模信号对应的占空比系数；
所述控制器310，还用于在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计330测量获得的所述N路少模信号的功率的方差Dk；
所述控制器310，用于当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，将αk m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器310，用于当所述方差Dk大于所述方差阈值时，进行第k+1次迭代计算。
在通信系统中，各个子信道之间的功率均衡十分重要，而在少模复用系统中，各子信道即为各级模式。本发明给出的相位光栅，其复合相位信息是由各个基模信号对应的少模光栅相位直接相加后得到的，在大部分情况下，直接叠加生成的复用后的信号，其各模式之间功率均衡性不是十分理想，本实施例通过引入相位光栅的占空比系数αm对叠加进行优化，以完成复用或解复用后各模式之间的功率均衡。
引入占空比系数αm后的闪耀光栅器件的传输函数可以写作：
其中，αm系数都满足归一化条件，对αm进行优化以实现功率均衡的步骤如下：
步骤1、控制器初始化αm：设所有模式的占空比系数αm均相同；
步骤2、根据初始化的占空比系统，通过加权系数叠加后的相位表达式产生相位全息图，并更新相位光栅的相位信息。
步骤3、将N路基模信号入射至更新后的相位光栅，测量输出的复用信号中各少模信号的功率，并计算方差。
步骤4、判断方差是否小于门限，小于门限则该组系数即为最终的系数，进一步，其对应的相位光栅的相位即为最终的相位信息。否则，则执行步骤5。
步骤5、取各个模式的少模信号的功率除以总功率的反比做归一化处理，即可得到一组新的占空比系数。根据新的占空比系数执行步骤2。
如此循环，直到得到一组占空比系数其对应的各模式的功率小于门限值。
请参考图3C所示的五模相位光栅的实验测量与模拟效果对比图，其给出了经过优化后的能量均衡的效果，其中，a1-a5实验测量图，b1-b5是模拟计算图，根据图中信息可以看出，经过功率均衡后，输出的各模式信号能量分布较均匀，实验和模拟的数据较为吻合。
可选的，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的基模信号的入射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
进一步，为了更好的完成复用，选择各个模式的对应的光栅周期时，让各个周期之间满足整数倍的关系，即可以保证相位光栅工作时，其各路基模信号入射位置间的距离相等，进一步说，就是使各个信道之间的间隔一致，使各个信道相互之间的干扰更为平均，从而提高传输性能。
图3D给出了可以完成LP21，LP11a，LP01，LP11b及LP31五个模式信号的调制和复用的相位光栅的相位全息图，其中d＝2.832um，则5个模式信号对应的周期分别为2d，d，0，-d，-2d，此时，5个基模信号入射至相位光栅的角度之间的间隔相同。
综上所述，本发明实施例所示的复用装置，通过控制器接收N路基模信号各自对应的入射信息，根据N路基模信号各自对应的入射信息生成相位光栅的相位全息图，并将相位全息图传输给相位光栅，相位光栅根据相位全息图将N路基模信号调制为一路复用信号，复用信号中包含N路少模信号，N路少模信号与N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式，多路基模信号的调制和复用都由同一个光栅器件完成，不需要为每一个基模信号设置一个独立的少模相位片来进行相位转换，对光路的精度要求低，且系统构成简单，占用空间小；此外，本发明实施例所示的模式控制系统，只需要增加入射角度和目标模式即可以扩展信道，便于扩展光互联的容量。
请参考图4A，其示出了本发明一个实施例提供的解复用装置的结构图。其中，该解复用装置可以是图1所示系统中的解复用装置120。如图4A所示，该解复用装置可以包括：路由控制单元410、控制器420以及相位光栅430；
所述控制器420分别与所述路由控制单元410以及所述相位光栅430电性相连；
所述路由控制单元410，用于向所述控制器420发送N路少模信号各自对应的衍射信息，所述N路少模信号为入射至所述相位光栅430的一路复用信号中包含的信号，所述衍射信息包括当前模式和衍射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器420，用于根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述相位光栅430的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅430；
所述相位光栅430，用于根据所述相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路所述基模信号从所述相位光栅430的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度。
可选的，所述控制器420，用于在生成所述相位全息图时，根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅430的相位全息图。
对于N路少模信号中的每一路少模信号，该少模信号对应的少模光栅相位信息是相位光栅将该少模信号调整为基模信号时，该相位光栅的相位信息。
可选的，所述控制器420，用于在根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息时，对于每一路少模信号，根据所述少模信号的当前模式生成少模相位分布函数，根据所述少模信号的衍射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述少模信号的少模光栅相位信息。
其中，少模相位分布函数是所述少模信号对应的当前模式的相位分布函数；光栅相位分布函数是一个相位光栅将垂直射入的少模信号衍射至对应的衍射角度时，该相位光栅的相位分布函数。
可选的，所述控制器420，用于在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅430的相位全息图时，根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅430的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
在本发明实施例中，相位光栅430根据控制器420生成的相位光栅更新自身的相位信息后，将一路复用信号解复用为N路基模信号，并分别从不同的衍射角度射出。基于光路是可逆性原理，如果将这N路基模信号按照各自的衍射角度从原路返回，则该相位光栅430同样可以将该N路基模信号重新调制为N路少模信号，并将N路少模信号复用为一路复用信号。因此，控制器420根据N路少模信号各自对应的衍射信息生成光栅相位430的相位全息图的具体过程，应当与图3A中的控制器310根据N路基模信号各自对应的入射信息生成相位光栅320的相位全息图的具体过程类似，该过程可以参考图3A对应的实施例中的具体描述，此处不再赘述。
其中，上述根据各路少模信号对应的当前模式和衍射角度生成相位全息图的步骤，可以由控制器420执行预先存储的软件代码来实现，也可以由控制器420中包含的各个运算单元通过逻辑运算生成。当上述步骤由控制器420由中包含的各个运算单元通过逻辑运算生成时，控制器420可以包含N个控制单元和一个相位全息图产生单元，N个控制单元分别与N路少模信号对应。每个控制单元由少模相位产生单元、光栅相位产生单元及少模光栅相位产生单元组成，上述各个单元的工作流程与图3B类似，此处不再赘述。
可选的，所述装置还包括：空间光功率计440；所述空间光功率计440设置于所述相位光栅430的出射端，且所述空间光功率计440与所述控制器420电性相连；
所述空间光功率计440，用于测量从所述相位光栅430的出射端射出的所述N路基模信号各自的功率；
所述控制器420，用于在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅430的相位全息图时，根据所述空间光功率计440的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路基模信号的功率均衡。
可选的，所述控制器420，用于在第1次迭代计算时，确定所述N路少模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器420，用于根据以下公式计算所述相位光栅430的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅430的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
所述控制器420，还用于在所述相位光栅430根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计440测量获得的所述N路基模信号的功率的方差D1；
所述控制器420，用于当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，将α1 m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器420，用于当所述方差D1大于预设的方差阈值时，进行第2次迭代计算。
可选的，所述控制器420，用于在第k次迭代计算，且所述相位光栅430根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，对所述N路基模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路少模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅430对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器420，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅430对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路少模信号对应的占空比系数；
所述控制器420，还用于在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计440测量获得的所述N路基模信号的功率的方差Dk；
所述控制器420，用于当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，将αk m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器420，用于当所述方差Dk大于所述方差阈值时，进行第k+1次迭代计算。
其中，本发明实施例所示的解复用装置，控制器420根据空间光功率计440的测量结果对各路少模信号各自对应的占空比系数进行调整，以实现对各路基模信号进行功率均衡的方法，与图3A对应实施例中的控制器310根据空间光功率计330的测量结果对各路基模信号各自对应的占空比系数进行调整，以实现对各路少模信号进行功率均衡的方法类似，此处不再赘述。
可选的，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的衍射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
进一步，为了更好的完成解复用，选择各个模式的对应的光栅周期时，让各个周期之间满足整数倍的关系，即可以保证相位光栅工作时，其各路基模信号衍射位置间的距离相等，进一步说，就是使各个信道之间的间隔一致，使各个信道相互之间的干扰更为平均，从而提高传输性能。
此外，本发明实施例所示的解复用装置，维护人员可以通过路由控制单元410任意调节N路基模信号各自的衍射角度，从而实现光信号的路由控制。比如，以该解复用装置为图1所示的模式控制系统中的解复用装置120为例，假设图1中，信号发射单元1对应的基模信号的入射角度与信号接收单元1对应的基模信号的衍射角度相同，信号发射单元2对应的基模信号的入射角度与信号接收单元2对应的基模信号的衍射角度相同，以此类推，信号发射单元i对应的基模信号的入射角度与信号接收单元i对应的基模信号的衍射角度相同。解复用装置中的路由控制单元可以连接一个可操作界面(图1未示出)，如图4B所示的一种路由控制示意图，维护人员在可操作界面中调节各路基模信号的衍射角度，使信号发射单元i发送的基模信号经过模式控制系统的复用和解复用之后，由信号接收单元i接收，该工作模式可以称为直连模式。或者，如图4C所示的另一种路由控制示意图，维护人员在可操作界面中调节各路基模信号的衍射角度，使信号发射单元i发送的基模信号经过模式控制系统的复用和解复用之后，由信号接收单元j接收，该工作模式可以称为交换模式；假设复用信号包含模式LP11、LP12、……、LP1N，共N个模式的少模信号，且相位光栅的N个输出口分别与N个信号接收单元对应。根据前面所述，空间光通信中，相位光栅的N个输出口可用N个衍射角度来表征，即与信号接收单元1、信号接收单元2、……、信号接收单元N对应的衍射角度，可以表征为Φ1、Φ2、……、ΦN。对于任意一个模式所对应的基模信息，维护人员可根据需要选择其期望输出的输出口或进行传输的信道号，根据信道号即可确定衍射角度。例如LP11所对应的基模信息期望经过第i个输出口进行输出，则图4A中的衍射角度1就等于Φi。同理，根据其他模式所对应的基模信息期望输出的输出口可确定衍射角度2到衍射角度N，以此类推。如图4D所示的模式交换模拟图，以三模相位光栅实现模式交换的过程为例，(a)中的三路模式信息分别为LP11a，LP01和LP11b，(b)中交换了相位光栅的相位全息图中LP11a和LP11b的光栅相位，两个模式就交换了位置，实现了模式的动态调控。
综上所述，本发明实施例所示的解复用装置，路由控制单元向控制器发送N路少模信号对应的衍射信息，控制器根据N路少模信号各自对应的衍射信息生成相位光栅的相位全息图，相位光栅根据相位全息图将复用信号解调为N路基模信号，N路少模信号与N路基模信号一一对应，且每一路基模信号从相位光栅的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度，多路基模信号的解调和解复用都由同一个光栅器件完成，对光路的精度要求低，且系统构成简单，占用空间小；此外，本发明实施例所示的模式控制系统，只需要增加衍射角度和少模信号的当前模式即可以扩展信道，便于扩展光互联的容量。
需要说明的是，本发明上述图3A所示的复用装置和图4A所示的解复用装置可以组成图1所示的模式控制系统，也可以单独使用，比如，图3A所示的复用装置与传统的解复用装置组成系统，或者，图4A所示的解复用装置与传统的复用装置组成系统，本发明实施例对此不做限定。
请参考图5，其示出了本发明一个实施例提供的模式控制方法的流程图。其中，该模式控制方法，可以用于如图3A所示的复用装置中，由该复用装置中的控制器来执行。如图5所示，该模式控制方法可以包括：
步骤502，控制器接收N路基模信号各自对应的入射信息，该N路基模信号为同时入射至该相位光栅的基模信号，该入射信息包括目标模式和入射角度，N≥2，且N为整数。
步骤504，控制器根据该N路基模信号各自对应的入射信息生成该相位光栅的相位全息图，并将该相位全息图传输给该相位光栅，由该相位光栅，根据该相位全息图将该N路基模信号调制为一路复用信号，该复用信号中包含N路少模信号，该N路少模信号与该N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式。
可选的，该根据该N路基模信号各自对应的入射信息生成该相位光栅的相位全息图，包括：
该控制器根据该N路基模信号各自对应的入射信息生成该N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据该N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的相位全息图；
对于该N路基模信号中的每一路基模信号，该基模信号对应的少模光栅相位信息是该相位光栅将该基模信号调整为对应的少模信号时，该相位光栅的相位信息。
可选的，该根据该N路基模信号各自对应的入射信息生成该N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，包括：
对于每一路基模信号，该控制器根据该基模信号的目标模式生成少模相位分布函数，根据该基模信号的入射角度生成光栅相位分布函数，并根据该少模相位分布函数和该光栅相位分布函数生成该基模信号的少模光栅相位信息；
其中，该少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；光栅相位分布函数是相位光栅将以对应的入射角度射入的基模信号衍射到与该相位光栅的入射端面垂直的方向时，该相位光栅的相位分布函数。
可选的，该根据该N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的相位全息图，包括：
该控制器根据该N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的复合相位信息，并对该复合相位信息进行全息计算，获得该相位全息图；
该复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是该相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
可选的，该复用装置还包括：空间光功率计；该方法还包括：
该控制器在根据该N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的相位全息图时，根据该空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定该N路基模信号各自对应的占空比系数，以实现对该N路少模信号的功率均衡。
可选的，该根据该空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定该N路基模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第1次迭代计算时，该控制器确定该N路基模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
该控制器根据以下公式计算该相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是该相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x)为第1次迭代计算时，该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数；
该控制器在该相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将该N路基模信号调制为一路复用信号时，计算该空间光功率计测量获得的该N路少模信号的功率的方差D1；
当该方差D1小于等于预设的方差阈值时，该控制器将α1 m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
当该方差D1大于预设的方差阈值时，该控制器进行第2次迭代计算。
可选的，该根据该空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定该N路基模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第k次迭代计算，且该相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将该N路基模信号调制为一路复用信号时，该控制器对该N路少模信号各自的功率除以该复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，该N路基模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
该控制器根据以下公式计算该相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路基模信号对应的占空比系数；
该控制器在该相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将该N路基模信号调制为一路复用信号时，计算该空间光功率计测量获得的该N路少模信号的功率的方差Dk；
当该方差Dk小于等于该方差阈值时，该控制器将αk m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
当该方差Dk大于该方差阈值时，该控制器进行第k+1次迭代计算。
可选的，该N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，该少模信号对应的光栅周期d与该少模信号对应的基模信号的入射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为该少模信号对应的基模信号的波长。
其中，控制器执行上述方法的具体过程可以参考图3A对应实施例中的描述，此处不再赘述。
综上所述，本发明实施例所示的模式控制方法，通过控制器接收N路基模信号各自对应的入射信息，根据N路基模信号各自对应的入射信息生成相位光栅的相位全息图，并将相位全息图传输给相位光栅，相位光栅根据相位全息图将N路基模信号调制为一路复用信号，复用信号中包含N路少模信号，N路少模信号与N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式，多路基模信号的调制和复用都由同一个光栅器件完成，不需要为每一个基模信号设置一个独立的少模相位片来进行相位转换，对光路的精度要求低，且系统构成简单，占用空间小；此外，本发明实施例所示的模式控制系统，只需要增加入射角度和目标模式即可以扩展信道，便于扩展光互联的容量。
请参考图6，其示出了本发明一个实施例提供的模式控制方法的流程图。其中，该模式控制方法，可以用于如图4A所示的解复用装置中，由该解复用装置中的控制器来执行。如图6所示，该模式控制方法可以包括：
步骤602，控制器接收该路由控制单元发送的N路少模信号对应的衍射信息，该N路少模信号为入射至该相位光栅的一路复用信号中包含的信号，该衍射信息包括当前模式和衍射角度，N≥2，且N为整数。
步骤604，控制器根据该N路少模信号各自对应的衍射信息生成该相位光栅的相位全息图，并将该相位全息图传输给该相位光栅，由该相位光栅根据该相位全息图将该复用信号解调为N路基模信号，该N路少模信号与该N路基模信号一一对应，且每一路该基模信号从该相位光栅的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度。
可选的，该根据该N路少模信号各自对应的衍射信息生成该相位光栅的相位全息图，包括：
该控制器根据该N路少模信号各自对应的衍射信息生成该N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据该N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的相位全息图；
对于该N路少模信号中的每一路少模信号，该少模信号对应的少模光栅相位信息是该相位光栅将该少模信号调整为基模信号时，该相位光栅的相位信息。
可选的，该根据该N路少模信号各自对应的衍射信息生成该N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，包括：
对于每一路少模信号，该控制器根据该少模信号的当前模式生成少模相位分布函数，根据该少模信号的衍射角度生成光栅相位分布函数，并根据该少模相位和该光栅相位生成该少模信号的少模光栅相位信息；
其中，该少模相位分布函数是所述少模信号对应的当前模式的相位分布函数；光栅相位分布函数是相位光栅将垂直射入的少模信号衍射至对应的衍射角度时，该相位光栅的相位分布函数。
可选的，该根据该N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的相位全息图，包括：
该控制器根据该N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的复合相位信息，并对该复合相位信息进行全息计算，获得该相位全息图；
该复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是该相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数。
可选的，该解复用装置还包括：空间光功率计；该方法还包括：
该控制器在根据该N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成该相位光栅的相位全息图时，根据该空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定该N路少模信号各自对应的占空比系数，以实现对该N路基模信号的功率均衡。
可选的，该根据该空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定该N路少模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第1次迭代计算时，该控制器确定该N路少模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
该控制器根据以下公式计算该相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是该相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应于(x，y)点的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数；
该控制器在该相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将该复用信号解调为N路基模信号时，计算该空间光功率计测量获得的该N路基模信号的功率的方差D1；
当该方差D1小于等于预设的方差阈值时，该控制器将α1 m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
当该方差D1大于预设的方差阈值时，该控制器进行第2次迭代计算。
可选的，该根据该空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定该N路少模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第k次迭代计算，且该相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将该复用信号调制为N路基模信号时，该控制器对该N路基模信号各自的功率除以该复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，该N路少模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
该控制器根据以下公式计算该相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，该相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路少模信号对应的占空比系数；
该控制器在该相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将该复用信号解调为N路基模信号时，计算该空间光功率计测量获得的该N路基模信号的功率的方差Dk；
当该方差Dk小于等于该方差阈值时，该控制器将αk m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
当该方差Dk大于该方差阈值时，该控制器进行第k+1次迭代计算。
可选的，该N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，该少模信号对应的光栅周期d与该少模信号对应的衍射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为该少模信号对应的基模信号的波长。
其中，控制器执行上述方法的具体过程可以参考图4A对应实施例中的描述，此处不再赘述。
综上所述，本发明实施例所示的模式控制方法，通过控制器接收路由控制单元发送的N路少模信号对应的衍射信息，根据N路少模信号各自对应的衍射信息生成相位光栅的相位全息图，相位光栅根据相位全息图将复用信号解调为N路基模信号，N路少模信号与N路基模信号一一对应，且每一路基模信号从相位光栅的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度，多路基模信号的解调和解复用都由同一个光栅器件完成，对光路的精度要求低，且系统构成简单，占用空间小；此外，本发明实施例所示的模式控制系统，只需要增加衍射角度和少模信号的当前模式即可以扩展信道，便于扩展光互联的容量。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (33)
1.一种复用装置，其特征在于，所述复用装置包括：控制器和相位光栅；
所述控制器和所述相位光栅电性相连；
所述控制器，用于接收N路基模信号各自对应的入射信息，所述N路基模信号为同时入射至所述相位光栅的基模信号，所述入射信息包括目标模式和入射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器，用于根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅；
所述相位光栅，用于根据所述相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号，所述复用信号中包含N路少模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在生成所述相位全息图时，根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路基模信号中的每一路基模信号，所述基模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述基模信号调整为对应的少模信号时，所述相位光栅的相位信息。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息时，对于每一路基模信号，根据所述基模信号的目标模式生成少模相位分布函数，根据所述基模信号的入射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述基模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将以对应的入射角度射入的基模信号衍射到与所述相位光栅的入射端面垂直的方向时，所述相位光栅的相位分布函数。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数，i为虚数符号。
5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：空间光功率计；所述空间光功率计设置于所述相位光栅的出射端，且所述空间光功率计与所述控制器电性相连；
所述空间光功率计，用于测量从所述相位光栅的出射端射出的复用信号中，各个所述少模信号的功率；
所述控制器，用于在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路少模信号的功率均衡。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在第1次迭代计算时，确定所述N路基模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅的对应于(x，y)点复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数，i为虚数符号；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差D1；
所述控制器，用于当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，将α1 m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差D1大于预设的方差阈值时，进行第2次迭代计算。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，对所述N路少模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路基模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路基模信号对应的占空比系数；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差Dk；
所述控制器，用于当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，将αk m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差Dk大于所述方差阈值时，进行第k+1次迭代计算。
8.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的基模信号的入射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
9.一种解复用装置，其特征在于，所述解复用装置包括：路由控制单元、控制器以及相位光栅；
所述控制器分别与所述路由控制单元以及所述相位光栅电性相连；
所述路由控制单元，用于向所述控制器发送N路少模信号对应的衍射信息，所述N路少模信号为入射至所述相位光栅的一路复用信号中包含的信号，所述衍射信息包括当前模式和衍射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器，用于根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅；
所述相位光栅，用于根据所述相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路所述基模信号从所述相位光栅的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在生成所述相位全息图时，根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路少模信号中的每一路少模信号，所述少模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述少模信号调整为基模信号时，所述相位光栅的相位信息。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息时，对于每一路少模信号，根据所述少模信号的当前模式生成少模相位分布函数，根据所述少模信号的衍射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述少模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述少模信号对应的当前模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将垂直射入的少模信号衍射至对应的衍射角度时，所述相位光栅的相位分布函数。
12.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数，i为虚数符号。
13.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：空间光功率计；所述空间光功率计设置于所述相位光栅的出射端，且所述空间光功率计与所述控制器电性相连；
所述空间光功率计，用于测量从所述相位光栅的出射端射出的所述N路基模信号各自的功率；
所述控制器，用于在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路基模信号的功率均衡。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在第1次迭代计算时，确定所述N路少模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数,i为虚数符号；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差D1；
所述控制器，用于当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，将α1 m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差D1大于预设的方差阈值时，进行第2次迭代计算。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，
所述控制器，用于在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，对所述N路基模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路少模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器，用于根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路少模信号对应的占空比系数；
所述控制器，还用于在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差Dk；
所述控制器，用于当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，将αk m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
所述控制器，用于当所述方差Dk大于所述方差阈值时，进行第k+1次迭代计算。
16.根据权利要求9至11任一所述的装置，其特征在于，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的衍射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
17.一种模式控制方法，其特征在于，用于复用装置中，所述复用装置包括：控制器和相位光栅，所述方法包括：
所述控制器接收N路基模信号各自对应的入射信息，所述N路基模信号为同时入射至所述相位光栅的基模信号，所述入射信息包括目标模式和入射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅，由所述相位光栅，根据所述相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号，所述复用信号中包含N路少模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路少模信号的模式为对应的基模信号的目标模式。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路基模信号中的每一路基模信号，所述基模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述基模信号调整为对应的少模信号时，所述相位光栅的相位信息。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述根据所述N路基模信号各自对应的入射信息生成所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息，包括：
对于每一路基模信号，所述控制器根据所述基模信号的目标模式生成少模相位分布函数，根据所述基模信号的入射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述基模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述基模信号对应的目标模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将以对应的入射角度射入的基模信号衍射到与所述相位光栅的入射端面垂直的方向时，所述相位光栅的相位分布函数。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数,i为虚数符号。
21.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述复用装置还包括：空间光功率计；所述方法还包括：
所述控制器在根据所述N路基模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路少模信号的功率均衡。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第1次迭代计算时，所述控制器确定所述N路基模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x)为第1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x)表示第m路基模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路基模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x)为第m路基模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数，i为虚数符号；
所述控制器在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差D1；
当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，所述控制器将α1 m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差D1大于预设的方差阈值时，所述控制器进行第2次迭代计算。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路基模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，所述控制器对所述N路少模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路基模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路基模信号对应的占空比系数；
所述控制器在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述N路基模信号调制为一路复用信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路少模信号的功率的方差Dk；
当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，所述控制器将αk m作为第m路基模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差Dk大于所述方差阈值时，所述控制器进行第k+1次迭代计算。
24.根据权利要求17至19任一所述的方法，其特征在于，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的基模信号的入射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
25.一种模式控制方法，其特征在于，用于解复用装置中，所述解复用装置包括：路由控制单元、控制器和相位光栅，所述方法包括：
所述控制器接收所述路由控制单元发送的N路少模信号对应的衍射信息，所述N路少模信号为入射至所述相位光栅的一路复用信号中包含的信号，所述衍射信息包括当前模式和衍射角度，N≥2，且N为整数；
所述控制器根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述相位光栅的相位全息图，并将所述相位全息图传输给所述相位光栅，由所述相位光栅根据所述相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号，所述N路少模信号与所述N路基模信号一一对应，且每一路所述基模信号从所述相位光栅的出射端射出的角度为对应的少模信号的衍射角度。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，并根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图；
对于所述N路少模信号中的每一路少模信号，所述少模信号对应的少模光栅相位信息是所述相位光栅将所述少模信号调整为基模信号时，所述相位光栅的相位信息。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述根据所述N路少模信号各自对应的衍射信息生成所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息，包括：
对于每一路少模信号，所述控制器根据所述少模信号的当前模式生成少模相位分布函数，根据所述少模信号的衍射角度生成光栅相位分布函数，并根据所述少模相位分布函数和所述光栅相位分布函数生成所述少模信号的少模光栅相位信息；
其中，所述少模相位分布函数是所述少模信号对应的当前模式的相位分布函数；所述光栅相位分布函数是所述相位光栅将垂直射入的少模信号衍射至对应的衍射角度时，所述相位光栅的相位分布函数。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其特征在于，所述根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图，包括：
所述控制器根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的复合相位信息，并对所述复合相位信息进行全息计算，获得所述相位全息图；
所述复合相位信息表示为：
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T(x，y)为所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数，i为虚数符号。
29.根据权利要求26或27所述的方法，其特征在于，所述解复用装置还包括：空间光功率计；所述方法还包括：
所述控制器在根据所述N路少模信号各自对应的少模光栅相位信息生成所述相位光栅的相位全息图时，根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，以实现对所述N路基模信号的功率均衡。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第1次迭代计算时，所述控制器确定所述N路少模信号对应的占空比系数为α1 m；m＝1，2，……，N；且α1 1＝α1 2＝……＝α1 N；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，a＞0，(x，y)是所述相位光栅的入射端面上的坐标，T1(x，y)为第1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，Gm(x，y)表示第m路少模信号对应于(x，y)点的少模光栅相位信息，rmΦ(x，y)为(x，y)点处，第m路少模信号对应的光栅相位分布函数，φm(x，y)为第m路少模信号对应于(x，y)点的少模相位分布函数，i为虚数符号；
所述控制器在所述相位光栅根据对T1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差D1；
当所述方差D1小于等于预设的方差阈值时，所述控制器将α1 m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差D1大于预设的方差阈值时，所述控制器进行第2次迭代计算。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述根据所述空间光功率计的测量结果，通过迭代计算确定所述N路少模信号各自对应的占空比系数，包括：
在第k次迭代计算，且所述相位光栅根据对Tk-1(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号调制为N路基模信号时，所述控制器对所述N路基模信号各自的功率除以所述复用信号的总功率的反比做归一化处理，获得第k次迭代计算时，所述N路少模信号各自的占空比系数；Tk-1(x，y)为第k-1次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息；k≥2且k为整数；
所述控制器根据以下公式计算所述相位光栅的复合相位信息；
其中，Tk(x，y)为第k次迭代计算时，所述相位光栅对应于(x，y)点的复合相位信息，αk m为第k次迭代计算时，第m路少模信号对应的占空比系数；
所述控制器在所述相位光栅根据对Tk(x，y)进行全息计算获得的相位全息图将所述复用信号解调为N路基模信号时，计算所述空间光功率计测量获得的所述N路基模信号的功率的方差Dk；
当所述方差Dk小于等于所述方差阈值时，所述控制器将αk m作为第m路少模信号对应的最终的占空比系数；
当所述方差Dk大于所述方差阈值时，所述控制器进行第k+1次迭代计算。
32.根据权利要求25至27任一所述的方法，其特征在于，所述N路少模信号对应的光栅周期各不相同，且相互之间满足整数倍关系；
其中，对于每一路少模信号，所述少模信号对应的光栅周期d与所述少模信号对应的衍射角度θ满足以下条件：Sinθ＝λ/(2*d)；λ为所述少模信号对应的基模信号的波长。
33.一种模式控制系统，其特征在于，所述系统包括：
如权利要求1至8任一所述的复用装置，以及，如权利要求9至16任一所述的解复用装置。
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