CN110855357A - 一种基于轨道角动量编码的全双工逆向调制自由空间光通信系统 - Google Patents

一种基于轨道角动量编码的全双工逆向调制自由空间光通信系统 Download PDF

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CN110855357A CN201911142191.4A CN201911142191A CN110855357A CN 110855357 A CN110855357 A CN 110855357A CN 201911142191 A CN201911142191 A CN 201911142191A CN 110855357 A CN110855357 A CN 110855357A
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Abstract

一种基于轨道角动量(Orbital angular momentum,OAM)的逆向调制的全双工自由空间光通信系统方案，可以在逆向调制(Modulating retro‑reflector,MRR)的基础上进行高阶调制从而提高系统的频带利用率，同时可实现全双工通信。本发明提供的全双工逆向调制自由空间光通信系统，由发射/接收终端和逆向调制终端构成。本发明基于轨道角动量调制，使得空间光通信逆向调制系统可以进行高阶调制，提高系统的频带利用率；全双工的上下行机制又可保证通信双方同时进行通信。本发明系统结构简单，实施可行性高，易于推广。

Description

一种基于轨道角动量编码的全双工逆向调制自由空间光通信 系统
技术领域
本发明涉及通信技术，特别涉及一种基于轨道角动量态编码的无线光通信逆向调制技术。
背景技术
传统空间光通信需要通信两段均携带激光发射和接收装置，使得终端对重量、体积和功耗有较高要求。由于一些特殊的应用场景存在着发送端和接收端载荷不平衡的问题，例如无人机、无人潜水器等，移动终端无法携带激光器光源，逆向调制技术被用来解决该问题[(1) Effects ofProton Irradiation on InGaAs/AlGaAs Multiple QuantumWell Modulators[C].Aerospace Conference.IEEE,2001；(2)Large-aperture multiplequantum well modulating retroreflector for free-space optical data transferon unmanned aerial vehicles[J].Optical Engineering,2001, 40(7)；(3)Modulatingretro-reflector lasercom systems at the Naval Research Laboratory[C].MILITARYCOMMUNICATIONS CONFERENCE,2010-MILCOM 2010.IEEE,2010；(4)Goetz P G, RabinovichW S,Mahon R,et al.Modulating Retro-Reflector Lasercom Systems for SmallUnmanned Vehicles[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2012,30(5)；(5)Free-space optical communications research and demonstrations at theUS Naval Research Laboratory[J].Applied Optics,2015,54(31)]。发射端首先发射询问光束，经信道传播后到达移动终端的调制回复反射器(Modulated retro-reflector,MRR)，由MRR将调制信号加载到询问光束并反射回发射端，由发射端的接收器接收并解调获得信号。现有的MRR系统主要分为角反射器MRR系统和猫眼MRR系统。所用的调制器包括微机电系统(MEMS)调制器、声光调制器、铁电液晶(FLC)调制器和多量子阱(MQW)调制器。基于调制器的性能，目前应用在MRR系统的调制格式多为强度调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)和频率调制 (FSK)。20世纪90年代中期，美国便开始了MRR空间激光通信系统研究，主要机构有：美国犹他州州立大学菲利普斯实验室、NASA、 NRL和美国海军。我国MRR技术的研究起步较晚，参与研究单位较少，主要有：电子科技大学、长春理工大学、解放军理工大学、浙江大学和重庆大学等[(6)基于超磁致伸缩材料的光学逆向调制器初步研究[D].成都:电子科技大学，2007；(7)非对称回复反射自由空间光通信链路性能[J].应用科学学报，2010，28(4)；(8)单光源全双工逆向调制的光通信技术研究[J].光电子.激光,2015(12)；(9)水下调制回复反射光通信的链路性能研究[J].计算机仿真，2013，30(5)；(10) 全双工逆向调制回复空间光通信系统性能评价[J].红外与激光工程， 2015，44(8)]。目前，国内外研究结果表明，采用OOK、FSK等调制方式的MRR通信速率仅限制于kbps到几十Mbps之间[(11)Shay等用液晶与角反射器构成的MRR首次实现了10kbps的全双工激光通信链路。First experimentaldemonstration offull-duplex communication on a single laser beam[J].Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering,2004,5160(2)；(12)Rabinovich等利用基于量子阱的MRR，实现了通信速率为5Mbps的自由空间光通信链路。 Free-space optical communications link at 1550nm using multiple-quantum-well modulating retroreflectors in a marine environment[J].OpticalEngineering,2005,44(5)；(13)Rabinovich等设计了通信速率为45Mbps的猫眼MRR系统。45Mbps cat's eye modulating retro-reflector link over 7Km[J].Proceedings ofSPIE-The International Society for Optical Engineering,2006,6304]。高阶调制技术可以用来提高通信速率和频谱利用率。然而，由于传统逆向调制技术大多为强度调制，多进制高阶调制几乎没有被应用于MRR系统中。
携带有轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的涡旋光束在光学操纵、光捕获、生物医学以及光学信息传输等领域引起了广泛的关注。OAM光束有着独特的螺旋相位结构，含有螺旋相位因子， l为方位角指数，表征OAM态，φ为传播方位角(l代表光束单波数内2π相移的个数)。理论上，OAM态的取值是无限的，并且不同OAM 态之间相互正交。OAM复用和OAM高阶调制技术在空间光通信领域已有较多研究，可以有效提升无线光通信系统信道容量和速率[(14) Demonstration of 12.8-bit/s/Hz spectral efficiency using 16-QAM signals over multiple orbital-angular-momentum modes[C].EuropeanConference&Exhibition on Optical Communication.IEEE,2011；(15) Orbital AngularMomentum-based Space Division Multiplexing for High-capacityUnderwaterOptical Communications[J].Scientific Reports, 2016,6；(16)Multi-gigabit/sunderwater optical communication link using orbital angular momentummultiplexing[J].Optics Express,2016, 24(9)]。因此，将OAM用于MRR系统的高阶编码，可有效提升通信系统的信道容量与频谱效率。
目前，尚无使用OAM编码的全双工逆向调制方法的公布。
不同于已有的MRR调制格式，本方案使用空间光调制器对质询光束进行OAM高阶调制，在无噪声环境下理论上可达到任意阶调制。
发明内容
本发明提出了一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统，可以进行高阶逆向调制从而提高系统通信速率；
为了达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一套OAM高阶调制的无线光通信双工逆向调制系统，可实现任意OAM模式的高阶调制，其特征在于，该系统包括：包括发射/接收终端和逆向调制终端；
所述发射/接收终端，用来向逆向调制终端发射单态OAM光束，接收经逆向调制终端调制后反射回来的经逆向调制端改变的OAM态的涡旋光束并解调出光束携带逆向调制终端加载的OAM态信息；
所述逆向调制终端，用于将逆向调制端的通信信息调制为高阶编码，并利用空间光调制器将高阶编码对应的OAM模式加载到接收到的OAM光束上，形成携带新的态的OAM光束并反射回发射/接收终端。
作为前述逆向调制自由空间光通信系统一种更好的选择，发射/ 接收终端包括发射装置、扩束器、发射/接收端OAM态检测系统、发射/接收端信号处理系统：
所述发射装置，用来通过在空间光调制器上加载对应的衍射光栅，将单OAM态加载到高斯光束上从而转换为涡旋光束，作为询问光向逆向调制终端发射。发射装置包括激光器、两对透镜组、空间光调制器以及光阑，其特征在于：
所述激光器，用来发射高斯激光束；
所述第一对透镜组(透镜1和透镜2)，置于激光器和空间光调制器1之间，用于扩大光束半径；
所述空间光调制器，计算机可根据发射/接收终端所要加载的信息，将相对应的全息图，转换为振幅或相位调制方式加载到空间光调制器1上，高斯光束经空间光调制器1反射后即可生成多级携带OAM 态的涡旋光束；
所述第二对透镜组(透镜3和透镜4)和光阑1，用来滤除涡旋光束的高阶衍射，得到一级衍射级，作为发射向逆向调制终端的OAM 光束；
所述扩束器，用于将发射装置的OAM光束扩束，调整光束半径大小以减少光束传播中的光束半径扩展；
所述发射/接收端OAM态检测系统，用来探测接收从逆向调制终端反射并经逆向调制终端调制的OAM光束，检测出逆向调制终端加载在涡旋光束上的OAM态信息；
所述发射/接收端信号处理系统，用来存储加载到空间光调制器1 上的OAM对应衍射光栅图样，将发射/接收端通信信息转换为对应的OAM编码图样，驱动发射装置空间调制器1使高斯光束加载OAM 态信息，也用来处理逆向调制终端加载的OAM态信息，进行解码处理，得到逆向调制终端发送来的信息。
作为前述逆向调制自由空间光通信系统一种更好的选择，逆向调制终端包括MRR系统、逆向调制端OAM态检测系统、逆向调制端信号处理系统三部分：
所述MRR系统，用来通过在空间光调制器上加载对应的衍射光栅，将逆向调制终端发送信息对应的OAM态加载到发射/接收端发射来的单态OAM光束上，发射/接收端发射的OAM光束被改变后再反射回发射/接收终端。MRR系统装置包括接收孔径、分束器、两对透镜组、空间光调制器以及光阑，其特征在于：
所述接收孔径，用于接收发射/接收终端发射来在孔径范围内的 OAM光束；
所述第一对透镜组(透镜5和透镜6)，置于接收孔径和空间光调制器2之间，用于缩小光束半径；
所述分束器，用于OAM光束的分束成两束，一束发射向空间光调制器2，一束发射向OAM态检测系统；
所述空间光调制器2，根据逆向调制终端所要加载的信息，计算机可根据逆向调制终端所要加载的信息，将相对应的全息图，转换为振幅或相位调制方式加载到空间光调制器2上，接受到的发射/接收终端发射的OAM光束经空间光调制器2调制、反射后即可生成多级的携带对应逆向调制终端所要加载的信息OAM态的涡旋光束；
所述第二对透镜组(透镜7和透镜8)和光阑2，用来滤除涡旋光束的高阶衍射，得到一级衍射级，作为返回发射/接收终端的OAM 光束；
所述逆向调制端OAM态检测系统，用来探测接收从发射/接收终端发射来的OAM信息的光束，检测出发射/接收终端加载在涡旋光束上的OAM态信息；
所述逆向调制端信号处理系统，用来处理发射/接收端加载的OAM态信息，进行解码处理，得到发射/接收终端发送来的信息，也用来存储加载到空间光调制器2上的OAM对应衍射光栅图样，将逆向调制端通信信息转换为对应的OAM编码图样，驱动MRR系统空间调制器2加载逆向调制终端发送信息对应的OAM态信息。
一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统，其特征在于，该方法包括：
A.发射/接收端的信号处理系统根据OAM编码表将通信信号转换成OAM编码，并将对应OAM编码的衍射光栅加载到空间光调制器1面板上；
B.发射装置中激光器发射的高斯光束经过第一对透镜组扩大光束半径后，经加载衍射光栅的空间光调制器1反射后生成拥有多级衍射的携带OAM态的涡旋光束，随后经第二对透镜组和光阑1的滤波滤除多级衍射仅留一级衍射级，将一级衍射级发射，经过扩束器扩束后向逆向调制端发射；
C.逆向调制终端的OAM态检测系统，识别出OAM光束所携带的OAM态信息，将OAM态信息传送至信号处理系统；
D.逆向调制端的信号处理系统根据OAM编码表将OAM态信息转化为二进制数据，解调出相应发射/接收端的通信信息；
E.逆向调制端的信号处理系统根据OAM编码表将通信信号转换成OAM编码，并将对应OAM编码的衍射光栅加载到空间光调制器2面板上；
F.MRR系统将新的OAM态经衍射光栅的空间光调制器2空间调制后加载到入射来的OAM光束上，形成拥有多级衍射的OAM态的涡旋光束，再经透镜组和光阑2的滤波滤除多级衍射仅留一级衍射级，将一级衍射级发射向发射/接收端；
G.逆向调制端反射的OAM态的涡旋光束进入发射/接收端的 OAM态检测系统，识别出涡旋光束所携带的OAM态，将逆向调制端发送来的OAM态信息识别出来传送至信号处理系统；
H.发射/接收端信号处理系统根据OAM编码表将OAM态信息转化为二进制数据，解调出相应逆向调制终端的通信信息。
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤A所述携带OAM 态的涡旋光束生成的实现方案包括：
A1：发射/接收端的信号处理系统根据文献[Lu L L,Xu P,Zhong M L,etal.Orbital angular momentum entanglement via fork-poling nonlinear photoniccrystals[J].Optics Express,2015,23(2):1203]所述产生衍射光栅的方法，实现生成所需OAM态对应的衍射光栅并储存；
A2：发射/接收端的信号处理系统根据事先约定的OAM编码对应表，将通信信息的二进制信息流转换为信息编码；
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B所述携带OAM 态的涡旋光束生成的实现方案包括：
B1：发射装置的激光器发射的高斯光束经第一对透镜组(透镜1 和2)扩大光束半径后，经加载了衍射光栅的空间光调制器1面板反射，生成了携带OAM态(l＝l1)的多级衍射；
B2：携带OAM态的多级衍射光束经透镜3做傅里叶变换，由设置于焦面的光阑1选择滤除多级衍射仅留1级衍射，1级衍射光束经透镜4准直后，经过扩束器扩束后向逆向调制端发射；；
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如文献[Xiaoli Y, Huanyu L,YongjunW,et al.轨道角动量分离系统中纯相位型扇出光栅的设计[J].光子学报,2018,47(9).]方法，步骤C所述OAM态检测的实现方案包括：
C1：根据附图3所示，入射的携带OAM态的涡旋光束经分束器 2发射到SLM1上，该SLM1在傅里叶变换透镜9的后焦平面上将 OAM光束进行几何变换，完成从笛卡尔直角坐标到对数极坐标变换；
C2：根据附图3所示，坐标变换后的OAM光束，经分束器3入射到SLM2上，该SLM2用于相位校正，将具有与OAM态相对应的螺旋相位分布的光束转变为具有横向相位梯度的光束；
C3：根据附图3所示，具有横向相位梯度的OAM光束，通过透镜10将不同OAM态聚焦在不同的横向位置上，不同位置的PIN光电探测器探测到对应的OAM态，传送至信号处理系统；
根据权利要求X所述的方法，其特征在于，步骤D所述信号处理系统的实现方案包括：
逆向调制端的信号处理系统将发送来的OAM态(l＝l1)信息，根据高阶OAM编码表转化为二进制数据，解调出相应发射/接收终端加载的信息。
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤E所述信号处理系统的实现方案包括：
E1：逆向调制端的信号处理系统根据文献[Lu L L,Xu P,Zhong M L,etal.Orbital angular momentum entanglement via fork-poling nonlinear photoniccrystals[J].Optics Express,2015,23(2):1203]所述产生衍射光栅的方法，实现生成所需OAM态对应的衍射光栅并储存；
E2：逆向调制端的信号处理系统根据事先约定的OAM编码表，将逆向调制端要加载的通信信息的二进制信息流转换为对应的OAM 态(l＝l2)；
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤F所述OAM态的涡旋光束产生的实现方案包括：
F1：入射的单OAM(l＝l1)光束经一对透镜组(透镜5和6) 缩小光束半径后，经加载了另一OAM态(l＝l2)对应的衍射光栅的空间光调制器2面板反射，生成了携带新的叠加OAM态(l＝l1+l2) 的多级衍射；
F2：叠加OAM态(l＝l1+l2)的多级衍射光束经透镜7做傅里叶变换至频域，由设置于焦面的光阑2选择滤除多级衍射仅留1级衍射，1级衍射光束经透镜8准直后发送至发射/接收端；
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤G所述OAM态检测的实现方案包括：
G1：根据附图3所示，入射的叠加OAM态的涡旋光束经分束器 2发射到SLM1上，该SLM1在傅里叶变换透镜9的后焦平面上将 OAM光束进行几何变换，完成从笛卡尔直角坐标到对数极坐标变换；
G2：根据附图3所示，坐标变换后的OAM光束，经分束器3 入射到SLM2上，该SLM2用于相位校正，将具有与OAM态相对应的螺旋相位分布的光束转变为具有横向相位梯度的光束；
G3：根据附图3所示，具有横向相位梯度的OAM光束，通过透镜10将不同OAM态聚焦在不同的横向位置上，不同位置的PIN光电探测器探测到对应的OAM态，识别出逆向调制端加载的OAM态信息(l＝l1+l2)，传送至信号处理系统；
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤H所述信号处理系统的实现方案包括：
由于信号处理系统已知发送端OAM态(l＝l1)，可根据识别出的 OAM叠加态(l＝l1+l2)减去发送端OAM态(l＝l1)即可得到发送来的OAM态信息发送端OAM态(l＝l2)，将根据OAM编码表转化为二进制数据，解调出相应逆向调制终端加载的信息。
由上述的技术方案可见，本发明提供一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统，该系统和方法可以进行高阶逆向调制从而提高系统通信速率。
附图说明：
图1为本发明一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统的结构示意图。
图2为本发明一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统的流程图。
图3为本发明一种OAM态检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统和方法，该系统中发射/接收端信号处理系统将通信信号转换成 OAM编码；同时发射装置将编码对应的OAM态(l＝l1)加载到发射的高斯光束上，经过扩束器扩束后向逆向调制端发射；之后逆向调制终端的OAM态检测系统识别出发射/接收端传送来OAM态 (l＝l1)；接着逆向调制端的信号处理系统解码，解调出OAM态相应发射/接收端信息；同时逆向调制端的信号处理系统将本端通信信号转换成OAM编码；之后MRR系统将高阶编码对应的又一OAM态 (l＝l2)加载到接收到的单OAM态(l＝l1)光束上，形成叠加OAM 态(l＝l1+l2)光束反射回发射/接收终端；接着发射/接收端OAM态检测系统探测出反射回来的叠加OAM态光束(l＝l1+l2)，识别出逆向调制端发送来的OAM态(l＝l1+l2)；最后发射/接收端信号处理系统解码，用解调出的叠加OAM态(l＝l1+l2)减去已知的发射端的OAM 态(l＝l1)，得到相应逆向调制终端的通信信息。
图1为本发明一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统的结构示意图。现结合图1，对本发明一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统的结构进行说明，具体如下：
本发明提供一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统包括：包括发射/接收终端10和逆向调制终端11：
发射/接收终端10用来向逆向调制终端发射OAM光束，接收经逆向调制终端调制后反射回来的叠加OAM态的涡旋光束并解调出光束携带逆向调制终端加载的OAM态信息；
逆向调制终端11用于将逆向调制端的通信信息调制为高阶编码，并利用空间光调制器将高阶编码对应的OAM模式加载到OAM 光束上，形成叠加OAM光束反射回发射/接收终端。
其中发射/接收终端10包括发射/接收端信号处理系统100，发射装置101，扩束器102，发射/接收端OAM态检测系统103：
发射/接收端信号处理系统100用来存储加载到空间光调制器1 上的OAM对应衍射光栅图样，将发射/接收端通信信息转换为对应的 OAM编码图样，驱动发射装置空间调制使高斯光束加载OAM态信息，也用来处理逆向调制终端加载的OAM态信息，进行解码处理，得到逆向调制终端发送来的信息。
其中图3为本发明一种OAM态检测系统的结构示意图，该OAM 态检测系统100包括两个SLM，两个分束器，两个透镜，一组PIN 光电探测器36：
两个分束器(分束器231和分束器333)用于OAM光束的分束成两束；
SLM130用于将OAM光束进行几何变换；
透镜932用于进行傅里叶变换，通过SLM1反射和透镜5后，光束所处笛卡尔直角坐标系变换成对数极坐标系；
SLM234用于相位校正，将光束螺旋相位分布转为横向相位梯度；
透镜1035用于将不同OAM态聚焦在不同的横向位置上；
一组PIN光电探测器36用于探测到对应的OAM态，传送至信号处理系统；
发射装置101用来通过在空间光调制器1上加载对应的衍射光栅，将单OAM态加载到高斯光束上从而转换为涡旋光束，作为询问光向逆向调制终端发射。发射装置包括激光器1010、两对透镜组、空间光调制器11013以及光阑1015，其特征在于：
激光器1010，用来发射高斯激光束；
第一对透镜组(透镜11011和透镜21012)，置于激光器和空间光调制器1之间，用于扩大光束半径；
空间光调制器11013可根据逆向调制终端所要加载的信息，将相对应的全息图，加载到空间光调制器1上，高斯光束经空间光调制器1反射后即可生成多级携带OAM态的涡旋光束；
二对透镜组(透镜31014和透镜41016)和光阑11015，用来滤除涡旋光束的高阶衍射，得到一级衍射级，作为发射向逆向调制终端的OAM光束；
扩束器102用于将发射装置的OAM光束扩束，调整光束半径大小以减少光束传播中的光束半径扩展；
发射/接收端OAM态检测系统103用来探测接收从逆向调制终端反射回来的叠加OAM信息的光束，检测出逆向调制终端加载在涡旋光束上的OAM态信息；
其中逆向调制终端11包括逆向调制端OAM态检测系统110、逆向调制端信号处理系统111、MRR系统112：
逆向调制端OAM态检测系统110用来探测接收从发射/接收终端发射来的OAM信息的光束，检测出发射/接收终端加载在涡旋光束上的OAM态信息；
逆向调制端信号处理系统111用来处理发射/接收端加载的OAM 态信息，进行解码处理，得到发射/接收终端发送来的信息，也用来存储加载到空间光调制器2上的OAM对应衍射光栅图样，将逆向调制端通信信息转换为对应的OAM编码图样，驱动MRR系统空间调制加载又一OAM态信息；
MRR系统112用来通过在空间光调制器上加载对应的衍射光栅，将又一OAM态加载到发射/接收端发射来的OAM光束上，再反射回发射/接收终端；
其中MRR系统112装置包括接收孔径1120、分束器1123、两对透镜组、空间光调制器21124以及光阑21126，其特征在于：
接收孔径1120用于接收发射/接收终端发射来在孔径范围内的 OAM光束；
第一对透镜组(透镜51121和透镜61122)置于接收孔径和空间光调制器2之间，用于缩小光束半径；
分束器1123用于OAM光束的分束成两束，一束发射向空间光调制器2，一束发射向OAM态检测系统；
空间光调制器21124根据逆向调制终端所要加载的信息，将相对应的全息图，加载到空间光调制器2上，OAM光束经空间光调制器2反射后即可生成多级的叠加OAM态的涡旋光束；
第二对透镜组(透镜71125和透镜81127)和光阑21126，用来滤除涡旋光束的高阶衍射，得到一级衍射级，作为返回发射/接收终端的叠加OAM光束。
图2为本发明一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统的流程图。现结合图2，对本发明一种基于OAM的双工逆向调制自由空间光通信系统方法进程进行说明，具体如下：
步骤201：发射/接收端信号处理系统将通信信号转换成高阶 OAM编码；
步骤202：发射装置将高阶编码对应的OAM态加载到高斯光束上，经过扩束器扩束后向逆向调制端发射；
步骤203：逆向调制终端的OAM态检测系统识别出发射/接收端传送来OAM态；
步骤204：逆向调制端的信号处理系统解码，解调出OAM态相应发射/接收端信息；
步骤205：逆向调制端的信号处理系统将本端通信信号转换成 OAM编码；
步骤206：MRR系统将高阶编码对应的OAM态加载到接收到的 OAM态光束上，形成叠加OAM态光束反射回发射/接收终端；
步骤207：发射/接收端OAM态检测系统探测出反射回来的叠加 OAM态光束，识别出逆向调制端发送来的OAM态；
步骤208：发射/接收端信号处理系统解码，解调出相应逆向调制终端的通信信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于OAM的全双工逆向调制自由空间光通信系统方案，可以在逆向调制的基础上进行高阶调制从而提高系统的频带利用率并保证通信双方进行同时通信；
一套OAM高阶调制的无线光通信双工逆向调制系统，可实现任意OAM模式的高阶调制，其特征在于，该系统包括：包括发射/接收终端和逆向调制终端；
所述发射/接收终端，用来向逆向调制终端发射单态OAM光束，接收经逆向调制终端调制后反射回来的经逆向调制端改变的OAM态的涡旋光束并解调出光束携带逆向调制终端加载的OAM态信息；
所述逆向调制终端，用于将逆向调制端的通信信息调制为高阶编码，并利用空间光调制器将高阶编码对应的OAM模式加载到接收到的OAM光束上，形成携带新的态的OAM光束并反射回发射/接收终端。
2.如权利要求1作为前述逆向调制自由空间光通信系统一种更好的选择，发射/接收终端包括发射装置、扩束器、发射/接收端OAM态检测系统、发射/接收端信号处理系统：
所述发射装置，用来通过在空间光调制器上加载对应的衍射光栅，将单OAM态加载到高斯光束上从而转换为涡旋光束，作为询问光向逆向调制终端发射。发射装置包括激光器、两对透镜组、空间光调制器以及光阑，其特征在于：
所述空间光调制器，计算机可根据发射/接收终端所要加载的信息，将相对应的全息图，转换为振幅或相位调制方式加载到空间光调制器1上，高斯光束经空间光调制器1反射后即可生成多级携带OAM态的涡旋光束；
所述发射/接收端OAM态检测系统，用来探测接收从逆向调制终端反射并经逆向调制终端调制的OAM光束，检测出逆向调制终端加载在涡旋光束上的OAM态信息。
3.如权利要求1作为前述逆向调制自由空间光通信系统一种更好的选择，逆向调制终端包括MRR系统、逆向调制端OAM态检测系统、逆向调制端信号处理系统三部分。
4.如权利要求1所述MRR系统，用来通过在空间光调制器上加载对应的衍射光栅，将逆向调制终端发送信息对应的OAM态加载到发射/接收端发射来的单态OAM光束上，发射/接收端发射的OAM光束被改变后再反射回发射/接收终端。MRR系统装置包括接收孔径、分束器、两对透镜组、空间光调制器以及光阑，其特征在于：
所述分束器，用于OAM光束的分束成两束，一束发射向空间光调制器2，一束发射向OAM态检测系统；
所述空间光调制器2，根据逆向调制终端所要加载的信息，计算机可根据逆向调制终端所要加载的信息，将相对应的全息图，转换为振幅或相位调制方式加载到空间光调制器2上，接受到的发射/接收终端发射的OAM光束经空间光调制器2调制、反射后即可生成多级的携带对应逆向调制终端所要加载的信息OAM态的涡旋光束。
5.如权利要求1所述逆向调制端OAM态检测系统，用来探测接收从发射/接收终端发射来的OAM信息的光束，检测出发射/接收终端加载在涡旋光束上的OAM态信息；
所述逆向调制端信号处理系统，用来处理发射/接收端加载的OAM态信息，进行解码处理，得到发射/接收终端发送来的信息，也用来存储加载到空间光调制器2上的OAM对应衍射光栅图样，将逆向调制端通信信息转换为对应的OAM编码图样，驱动MRR系统空间调制器2加载逆向调制终端发送信息对应的OAM态信息。
6.一种OAM高阶调制的无线光通信逆向调制系统用于提高系统的频带利用率的方法，包括：
A.发射/接收端的信号处理系统根据OAM编码表将通信信号转换成OAM编码，并将对应OAM编码的衍射光栅加载到空间光调制器1面板上；
B.发射装置中激光器发射的高斯光束经过第一对透镜组扩大光束半径后，经加载衍射光栅的空间光调制器1反射后生成拥有多级衍射的携带OAM态的涡旋光束，随后经第二对透镜组和光阑1的滤波滤除多级衍射仅留一级衍射级，将一级衍射级发射，经过扩束器扩束后向逆向调制端发射；
C.逆向调制终端的OAM态检测系统，识别出OAM光束所携带的OAM态信息，将OAM态信息传送至信号处理系统；
D.逆向调制端的信号处理系统根据OAM编码表将OAM态信息转化为二进制数据，解调出相应发射/接收端的通信信息；
E.逆向调制端的信号处理系统根据OAM编码表将通信信号转换成OAM编码，并将对应OAM编码的衍射光栅加载到空间光调制器2面板上；
F.MRR系统将新的OAM态经衍射光栅的空间光调制器2空间调制后加载到入射来的OAM光束上，形成拥有多级衍射的OAM态的涡旋光束，再经透镜组和光阑2的滤波滤除多级衍射仅留一级衍射级，将一级衍射级发射向发射/接收端；
G.逆向调制端反射的OAM态的涡旋光束进入发射/接收端的OAM态检测系统，识别出涡旋光束所携带的OAM态，将逆向调制端发送来的OAM态信息识别出来传送至信号处理系统；
H.发射/接收端信号处理系统根据OAM编码表将OAM态信息转化为二进制数据，解调出相应逆向调制终端的通信信息。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111756449A (zh) * 2020-06-18 2020-10-09 中山大学 一种基于自加速平面波光束的空分复用和解复用方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070127928A1 (en) * 2005-12-07 2007-06-07 Cubic Corporation Large field of view modulating retro reflector (MRR) for free space optical communication
WO2013116208A1 (en) * 2012-01-30 2013-08-08 Unipixel Displays, Inc. Method and system for free space optical communication utilizing a modulated electro-optical polymer retro-reflector
CN104270193A (zh) * 2014-10-28 2015-01-07 长春理工大学 全双工猫眼逆向调制回复自由空间激光通信系统
CN105071854A (zh) * 2015-08-03 2015-11-18 中国人民解放军理工大学 单光源全双工逆向调制无线光通信装置及方法
CN108667518A (zh) * 2018-04-17 2018-10-16 北京理工大学 一种基于多环涡旋光束的高维数字信号编解码方法与系统
CN109495180A (zh) * 2018-10-22 2019-03-19 北京理工大学 通过多轨道角动量态编解码高维数字信号的方法与系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070127928A1 (en) * 2005-12-07 2007-06-07 Cubic Corporation Large field of view modulating retro reflector (MRR) for free space optical communication
WO2013116208A1 (en) * 2012-01-30 2013-08-08 Unipixel Displays, Inc. Method and system for free space optical communication utilizing a modulated electro-optical polymer retro-reflector
CN104270193A (zh) * 2014-10-28 2015-01-07 长春理工大学 全双工猫眼逆向调制回复自由空间激光通信系统
CN105071854A (zh) * 2015-08-03 2015-11-18 中国人民解放军理工大学 单光源全双工逆向调制无线光通信装置及方法
CN108667518A (zh) * 2018-04-17 2018-10-16 北京理工大学 一种基于多环涡旋光束的高维数字信号编解码方法与系统
CN109495180A (zh) * 2018-10-22 2019-03-19 北京理工大学 通过多轨道角动量态编解码高维数字信号的方法与系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FENG XIANGLIAN等: "60 Gbit/s coherent wavelength-division multiplexing free-space optical modulating retro-reflector in a turbulence-tunable atmospheric cell", 《OPTICS COMMUNICATIONS》 *
XIAOYAN WANG等: "Single-source bidirectional free-space optical communications using reflective SOA-based amplified modulating retro-reflection", 《OPTICS COMMUNICATIONS》 *
廖焕宇: "轨道角动量光束产生与探测的仿真以及实验研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111756449A (zh) * 2020-06-18 2020-10-09 中山大学 一种基于自加速平面波光束的空分复用和解复用方法及系统
CN111756449B (zh) * 2020-06-18 2021-11-19 中山大学 一种基于自加速平面波光束的空分复用和解复用方法及系统

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