CN113381812A - 一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法，信号编码器根据待发送信息生成控制信号，控制信号发送至信号调制模块及载波信号发射模块，载波信号发射模块产生两路中红外波长的径向偏振激光作为载波信号，信号调制模块根据控制信号发送不同偏振角度的线性偏振激光，发送至两路载波信号，一路载波信号转化为角向偏振激光，进行相位补偿后，与另一路径向偏振激光耦合，耦合后的激光发送至信号接收模块，信号接收模块接收信号发送至信号解调模块，信号解调模块对信号解调并转换为电信号发送至信号解码器，完成空间通讯。本发明能够实现在激光空间通信中，径向偏振激光与角向偏振激光的复用及信息的解调，大幅度扩充激光空间通信的信道容量。

Description

一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法
技术领域
本发明涉及一种激光设备，具体是一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法，属于光通信技术领域。
背景技术
自由空间光通信(Free Space Optical Communication,FSO)是一种以激光作为载波,在自由空间中传输信息的无线通信方式，与传统的射频(Radio Frequency,RF)无线通信相比,FSO具有可用频谱宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、功耗低、体积小和传输容量大等优点，因此受到越来越多的关注和研究。
由于激光的波长短，准直性好，能极大地降低衍射损耗，因此更适合用于建立卫星间甚至行星间的高速通信链路。在有线电缆和光缆无法连通的地方，自由空间光通信是一种实现大容量传输的可靠方式。过去几年以来，光通信接收机灵敏度已经从几百PPB(Photon Per Bit，光子/比特)提高到了单个PPB，性能提升超20dB。由于灵敏度的提高，FSO技术适用于更远的传输距离，同时进一步扩充通信容量也是当务之急。
近年来，利用光的各项性质进行信道复用，从而发展了诸如波分复用(WavelengthDivision Multiplexing,WDM)、时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)、空分复用(Space Division Multiplexing,SDM)和偏振复用(Polarization DivisionMultiplexing,PDM)等技术，这些技术大大增加了光通信系统的容量。
偏振是光的特性之一，如常见的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，它们的共同特点是光束横截面上各点的偏振态相同。偏振呈轴对称分布的柱矢量光束(CylindricalVector Beam,CVB)中心的能量为零，并且其能量分布也是轴对称的圆环形。空间偏振分布不一致的CVB由于其在传输模式和稳定性方面特有的优势，是近年来光通信领域的研究热点之一。
中国发明专利2013年11月6日公开的一种公开号为CN101453268B的“一种基于偏振复用技术的光学通信系统及其方法”，其产生两路光信号，并将两路光信号转换为偏振方向正交的信号，促进了偏振复用(PDM)技术的实施，在单激光无复用的基础上将通信容量扩充至两倍；中国发明专利2018年4月3日公开的一种公开号为CN105162518B的“一种基于偏振复用的远距离高速可见通信方法”，其提出将编码后的电信号加载到两个正交偏振态的可见光载波上，通过偏振复用将调制后的两个光信号同时输出到同一自由空间，接收端采用偏振元件将两路正交光解复用，之后用光电探测器探测信号，获得信号，使用可见光通信并有效将通信容量在单激光无复用的激光上扩充至两倍；中国发明专利2019年5月10日公开的一种公开号为CN106911395B的“一种双正交偏振复用强度调制系统及其解复用方法”，其在发射端产生双正交偏振态复用信号，通过偏振控制器和光耦合器，将信号以不同的偏振角度复用在一起，采用斯托克斯分析仪作为接受方式，在激光无复用通信的基础上将通信容量扩充至4倍，并降低了成本。
但是上述方式在通信容量上还有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法，能够实现在激光空间通信中，径向偏振激光与角向偏振激光的复用及信息的解调，大幅度扩充激光空间通信的信道容量。
为了实现上述目的，本发明提供的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，包括信号编码器、信号调制模块，载波信号发射模块、信号接收模块、信号解调模块和信号解码器；
信号编码器根据待发送信息生成控制信号，控制信号发送至信号调制模块及载波信号发射模块，载波信号发射模块产生两路中红外波长的径向偏振激光作为载波信号，信号调制模块根据控制信号发送不同偏振角度的线性偏振激光，并发送至两路载波信号，其中一路载波信号转化为角向偏振激光，进行相位补偿后，与另一路径向偏振激光进行耦合，耦合后的激光发送至信号接收模块，信号接收模块接收信号，发送至信号解调模块，信号解调模块对信号解调并转换为电信号发送至信号解码器，完成空间通讯。
本发明的载波信号发射模块包括第一载波源和第二载波源，第一载波源和第二载波源分别接收信号编码器的控制信号作为第一载波信号、第二载波信号。
本发明的信号调制模块包括第一可调制激光器、第二可调制激光器、第三可调制激光器、第四可调制激光器、第五可调制激光器、第六可调制激光器、第七可调制激光器、第八可调制激光器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器、第一波片、第二波片、第三波片、第四波片、第五波片、第六波片、第七波片、第八波片、第一偏振片、第二偏振片、第三偏振片、第四偏振片、第五偏振片、第六偏振片、第七偏振片、第八偏振片、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、第四全反镜、第五全反镜、第六全反镜、第七全反镜、第八全反镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第一半波片、第二半波片、相位延迟器，第一可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第一偏振分束器、第一波片、第一偏振片、第一全反镜、第四反射镜后与第一载波信号进行耦合；第二可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第二偏振分束器、第二波片、第二偏振片、第二全反镜、第三反射镜后与第一载波信号进行耦合；第三可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第三偏振分束器、第三波片、第三偏振片、第三全反镜、第二反射镜后与第一载波信号进行耦合；第四可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第四偏振分束器、第四波片、第四偏振片、第四全反镜、第一反射镜后与第一载波信号进行耦合；第五可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第五偏振分束器、第五波片、第五偏振片、第五全反镜、第五反射镜后与第二载波信号进行耦合；第六可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第六偏振分束器、第六波片、第六偏振片、第六全反镜、第六反射镜后与第二载波信号进行耦合；第七可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第七偏振分束器、第七波片、第七偏振片、第七全反镜、第七反射镜后与第二载波信号进行耦合；第八可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第八偏振分束器、第八波片、第八偏振片、第八全反镜、第八反射镜后与第二载波信号进行耦合；耦合后的激光光束经由第一半波片、第二半波片偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器进行相位补偿，补偿后的角向偏振激光经由第九反射镜后与第一载波源发射的径向激光耦合为载波信号。
本发明的信号接收模块包括窄带通滤波器、第一分光计、第二分光计、第三分光计、第四分光计、第五分光计、第六分光计、第七分光计，窄带通滤波器接收载波信号并对接收到的载波信号滤除光噪声，将滤除后的信号发送至第一分光计，第一分光计将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计和第五分光计，第二分光计将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计和第四分光计，第五分光计将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计和第七分光计。
本发明的信号解调模块包括径向偏振片、角向偏振片、第三半波片、第四半波片、第九偏振片、第十偏振片、第十一偏振片、第十二偏振片、第十三偏振片、第十四偏振片、第十五偏振片、第十六偏振片、第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器、第五探测器、第六探测器、第七探测器和第八探测器；径向偏振片设置在第一分光计和第二分光计之间的光路中，角向偏振片、第三半波片、第四半波片依次设置在第一分光计和第五分光计之间的光路中，第九偏振片设置在第三分光计与第一探测器的输入端之间，第一探测器的输出端连接信号解码器；第十偏振片设置在第三分光计与第二探测器的输入端之间，第二探测器的输出端连接信号解码器；第十一偏振片设置在第四分光计与第三探测器的输入端之间，第三探测器的输出端连接信号解码器；第十二偏振片设置在第四分光计与第四探测器的输入端之间，第四探测器的输出端连接信号解码器；第十三偏振片设置在第七分光计与第五探测器的输入端之间，第五探测器的输出端连接信号解码器；第十四偏振片设置在第七分光计与第六探测器的输入端之间，第六探测器的输出端连接信号解码器；第十五偏振片设置在第六分光计与第七探测器的输入端之间，第七探测器的输出端连接信号解码器；第十六偏振片设置在第六分光计与第八探测器的输入端之间，第八探测器的输出端连接信号解码器。
本发明的载波信号发射模块为径向偏振光产生装置，径向偏振光产生方式可通过轴棱锥法、亚波长光栅法、布儒斯特窗法、轴对称激活介质法或腔内干涉法产生高质量径向偏振激光，本发明所述径向偏振光产生方式为腔内干涉法，所述中红外波长的径向偏振激光为中红外超快激光，波长范围为2um至2.6um，脉冲宽度为几个飞秒至几十纳秒。所述的载波信号发射模块的径向偏振激光的波长、相位、重频、脉冲宽度与信号调制模块发射的线偏振激光一致；所述的相位延迟器为液晶延迟器，可在5V到20V之间的特定驱动电压下实现最小为0nm的延迟；
本发明的第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器均为偏振相关分束器，偏振相关分束器由两个直角棱镜组成，中间面上应用电介质涂层，立方体透射一部分入射波，同时反射另一部分。偏振分束器用于将入射非偏振光分成两束偏振态正交的偏振光，两束出射的偏振光与入射光相互平行，O光沿着原光路出射，没有位移，E光会沿着光轴方向走离，但是出射时仍然与入射光平行；所述对应偏振分束器均垂直于入射激光方向；第一波片与第一偏振片同轴放置，第二波片与第二偏振片同轴放置，第三波片与第三偏振片同轴放置，第四波片与第四偏振片同轴放置，第五波片与第五偏振片同轴放置，第六波片与第六偏振片同轴放置，第七波片与第七偏振片同轴放置，第八波片与第八偏振片同轴放置，波片角度能够电控旋转，旋转至输出激光线偏振方向与偏振片透射轴一致；所述第一半波片与第二半波片同轴放置，其快轴夹角成45度放置，所述第三波片与第四半波片同轴放置，其快轴夹角成45度；所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜载波信号入射的一侧均镀增透膜，增透膜工作波长2至5um，调制激光入射的一侧均镀反射膜，反射膜工作波长2至5um，反射膜一侧与调制激光入射方向成45度夹角，增透膜一侧与载波信号入射方向呈45度夹角，载波信号的有效透过率为50％，调制信号的有效反射率为50％。
本发明的径向偏振片形状为圆形，透射轴过圆心，且沿圆心对称，方向分别为竖直方向、与竖直方向成45度夹角、与竖直方向成90度夹角、与竖直方向成135度夹角的透射轴，径向偏振片会吸收偏振方向垂直于透射轴的光；所述角向偏振片形状为圆形，透射轴为环形，围绕圆心均匀分布，透射轴分布间隔为1um，角向偏振片会吸收偏振方向垂直于透射轴的光。
一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用方法，包括以下步骤：
①信号编码器将待发送信息转换为相应的电信号，发送至信号调制模块；
②第一载波源和第二载波源分别产生一路径向偏振激光作为载波信号；
③根据信号编码器产生的电信号，第一可调制激光器、第二可调制激光器、第三可调制激光器、第四可调制激光器在接收到对应的控制指令后，控制激光的输出，当第一可调制激光器、第二可调制激光器、第三可调制激光器、第四可调制激光器处于开启状态下时，输出的激光分别对应经由第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器输出线偏振激光，再依次经由对应第一波片、第二波片、第三波片、第四波片、第一偏振片、第二偏振片、第三偏振片、第四偏振片进行偏振选择，经偏振选择后的激光经由对应第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、第四全反镜、第四反射镜、第三反射镜、第二反射镜、第一反射镜耦合进径向偏振激光光束中；处于关断状态下的第一可调制激光器、第二可调制激光器、第三可调制激光器、第四可调制激光器不输出激光，即无经过偏振选择的激光耦合进载波信号中；
根据信号编码器产生的电信号，第五可调制激光器、第六可调制激光器、第七可调制激光器、第八可调制激光器在接收到对应的控制指令后，控制激光的输出，当第五可调制激光器、第六可调制激光器、第七可调制激光器、第八可调制激光器处于开启状态下时，输出的激光分别对应经由第五偏振分束器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器输出线偏振激光，再依次经由对应第五波片、第六波片、第七波片、第八波片、第五偏振片、第六偏振片、第七偏振片、第八偏振片进行偏振选择，经偏振选择后的激光经由对应第五全反镜、第六全反镜、第七全反镜、第八全反镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜耦合进径向偏振激光光束中；处于关断状态下的第五可调制激光器、第六可调制激光器、第七可调制激光器、第八可调制激光器不输出激光，即无经过偏振选择的激光耦合进载波信号中；耦合后的径向偏振激光光束经由第一半波片、第二半波偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器进行相位补偿，补偿后角向偏振激光经由第九反射镜与第一载波源发射的径向激光耦合，并发送至信号接收模块；
④经步骤③调制后的载波信号发送至窄带通滤波器滤除光噪声，将滤除后的信号光发送至第一分光计，第一分光计将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计和第五分光计，第二分光计将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计和第四分光计，第五分光计将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计和第七分光计；
⑤经由第一分光计出射的激光入射至径向偏振片，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片后，仅保留径向偏振激光；
入射激光经由第九偏振片后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第一探测器测得；入射激光经由第十偏振片后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第二探测器测得；入射激光经由第十一偏振片后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第三探测器测得；入射激光经由第十二偏振片后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第四探测器测得；
⑥经由第一分光计出射的激光入射至角向偏振片，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片后，仅保留角向偏振激光，角向偏振激光依次入射至第三半波片、第四半波片，第三半波片、第四半波片同轴放置，快轴夹角成45度，角向偏振激光转换为径向偏振激光，入射至第五分光计中；
入射激光经由第十三偏振片后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第五探测器测得；入射激光经由第十四偏振片后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第六探测器测得；入射激光经由第十五偏振片后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第七探测器测得；入射激光经由第十六偏振片后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第八探测器测得；
⑦第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器、第五探测器、第六探测器、第七探测器和第八探测器将测得对应分量的激光强度信息发送至信号解码器，信号解码器根据各振幅分量的强度是否大于一定值，判断对应振幅分量表示的信息，完成解码。
与现有技术相比，本发明使用基于径向偏振光与角向偏振光复合形成的柱矢量光束作为通讯信号，实现信号的调制和解调。使用两路径向偏振激光作为载波信号，将信号以不同方向的线偏振激光的形式分别加载在两路径向偏振激光上，其中一路激光经偏振变换为角向偏振激光，将转换后的角向偏振激光与另一路径向偏振激光进行复合，实现信号的加载。在信号接收端，使用偏振无关分束镜将信号等强度分为两路激光，并对两路激光分别使用不同方向偏振片信号解调，实现信号传输。本发明基于径向偏振与角向偏振复用，实现柱矢量光束的复用及解调，较现有激光通信技术大幅度提升了信号容量，较现有正交偏振复用技术的信道容量提升了4倍以上，对激光空间通信技术具有巨大价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是一个实施例的载波信号的时域特征示意图；
图3是一个实施例的调制信号的加载过程示意图；
图4是一个实施例的径向偏振激光经偏振旋转的示意图；
图5是一个实施例的径向偏振激光转换为角向激光示意图；
图6是一个实施例的径向偏振激光与角向偏振激光合成示意图；
图7是一个实施例的柱矢量偏振激光的分解示意图；
图8是一个实施例的信号加载示意图；
图9是一个实施例的通讯编码及信号加载示意图；
图10是一个实施例的特殊通讯编码及信号加载示意图。
图中：1、信号编码器，21、第一载波源，22、第二载波源，31、第一可调制激光器，32、第二可调制激光器，33、第三可调制激光器，34、第四可调制激光器，35、第五可调制激光器，36、第六可调制激光器，37、第七可调制激光器，38、第八可调制激光器，41、第一偏振分束器，42、第二偏振分束器，43、第三偏振分束器，44、第四偏振分束器，45、第五偏振分束器，46、第六偏振分束器，47、第七偏振分束器，48、第八偏振分束器，51、第一波片，52、第二波片，53、第三波片，54、第四波片，55、第五波片，56、第六波片，57、第七波片，58、第八波片，61、第一偏振片，62、第二偏振片，63、第三偏振片，64、第四偏振片，65、第五偏振片，66、第六偏振片，67、第七偏振片，68、第八偏振片，69、第九偏振片，610、第十偏振片，611、第十一偏振片，612、第十二偏振片，613、第十三偏振片，614、第十四偏振片，615、第十五偏振片，616、第十六偏振片，71、第一全反镜，72、第二全反镜，73、第三全反镜，74、第四全反镜，75、第五全反镜，76、第六全反镜，77、第七全反镜，78、第八全反镜，81、第一反射镜，82、第二反射镜，83、第三反射镜，84、第四反射镜，85、第五反射镜，86、第六反射镜，87、第七反射镜，88、第八反射镜，89、第九反射镜，91、第一半波片，92、第二半波片，93、第三半波片，94、第四半波片，10、窄带通滤波器，111、第一分光计，112、第二分光计，113、第三分光计，114、第四分光计，115、第五分光计，116、第六分光计，117、第七分光计，121、径向偏振片，122、角向偏振片，131、第一探测器，132、第二探测器，133、第三探测器，134、第四探测器，135、第五探测器，136、第六探测器，137、第七探测器，138、第八探测器；14、信号解码器，15、相位延迟器，。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，包括信号编码器1、信号调制模块，载波信号发射模块、信号接收模块、信号解调模块和信号解码器14；
信号编码器1根据待发送信息生成控制信号，控制信号发送至信号调制模块及载波信号发射模块，载波信号发射模块产生两路中红外波长的径向偏振激光作为载波信号，信号调制模块根据控制信号发送不同偏振角度的线性偏振激光，并发送至两路载波信号，其中一路载波信号转化为角向偏振激光，进行相位补偿后，与另一路径向偏振激光进行耦合，耦合后的激光发送至信号接收模块，信号接收模块接收信号，发送至信号解调模块，信号解调模块对信号解调并转换为电信号发送至信号解码器14，完成空间通讯。
载波信号发射模块包括第一载波源21和第二载波源22，第一载波源21和第二载波源22分别接收信号编码器1的控制信号作为第一载波信号、第二载波信号。
信号调制模块包括第一可调制激光器31、第二可调制激光器32、第三可调制激光器33、第四可调制激光器34、第五可调制激光器35、第六可调制激光器36、第七可调制激光器37、第八可调制激光器38、第一偏振分束器41、第二偏振分束器42、第三偏振分束器43、第四偏振分束器44、第五偏振分束器45、第六偏振分束器46、第七偏振分束器47、第八偏振分束器48、第一波片51、第二波片52、第三波片53、第四波片54、第五波片55、第六波片56、第七波片57、第八波片58、第一偏振片61、第二偏振片62、第三偏振片63、第四偏振片64、第五偏振片65、第六偏振片66、第七偏振片67、第八偏振片68、第一全反镜71、第二全反镜72、第三全反镜73、第四全反镜74、第五全反镜75、第六全反镜76、第七全反镜77、第八全反镜78、第一反射镜81、第二反射镜82、第三反射镜83、第四反射镜84、第五反射镜85、第六反射镜86、第七反射镜87、第八反射镜88、第九反射镜89、第一半波片91、第二半波片92、相位延迟器15，第一可调制激光器31接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第一偏振分束器41、第一波片51、第一偏振片61、第一全反镜71、第四反射镜84后与第一载波信号进行耦合；第二可调制激光器32接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第二偏振分束器42、第二波片52、第二偏振片62、第二全反镜72、第三反射镜83后与第一载波信号进行耦合；第三可调制激光器33接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第三偏振分束器43、第三波片53、第三偏振片63、第三全反镜73、第二反射镜82后与第一载波信号进行耦合；第四可调制激光器34接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第四偏振分束器44、第四波片54、第四偏振片64、第四全反镜74、第一反射镜81后与第一载波信号进行耦合；第五可调制激光器35接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第五偏振分束器45、第五波片55、第五偏振片65、第五全反镜75、第五反射镜85后与第二载波信号进行耦合；第六可调制激光器36接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第六偏振分束器46、第六波片56、第六偏振片66、第六全反镜76、第六反射镜86后与第二载波信号进行耦合；第七可调制激光器37接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第七偏振分束器47、第七波片57、第七偏振片67、第七全反镜77、第七反射镜87后与第二载波信号进行耦合；第八可调制激光器38接收到信号编码器1发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第八偏振分束器48、第八波片58、第八偏振片68、第八全反镜78、第八反射镜88后与第二载波信号进行耦合；耦合后的激光光束经由第一半波片91、第二半波片92偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器15进行相位补偿，补偿后的角向偏振激光经由第九反射镜89后与第一载波源发射的径向激光耦合为载波信号。
信号接收模块包括窄带通滤波器10、第一分光计111、第二分光计112、第三分光计113、第四分光计114、第五分光计115、第六分光计116、第七分光计117，窄带通滤波器10接收载波信号并对接收到的载波信号滤除光噪声，将滤除后的信号发送至第一分光计111，第一分光计111将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计112和第五分光计115，第二分光计112将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计113和第四分光计114，第五分光计115将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计116和第七分光计117。
信号解调模块包括径向偏振片121、角向偏振片122、第三半波片93、第四半波片94、第九偏振片69、第十偏振片610、第十一偏振片611、第十二偏振片612、第十三偏振片613、第十四偏振片614、第十五偏振片615、第十六偏振片616、第一探测器131、第二探测器132、第三探测器133、第四探测器134、第五探测器135、第六探测器136、第七探测器137和第八探测器138；径向偏振片121设置在第一分光计111和第二分光计112之间的光路中，角向偏振片122、第三半波片93、第四半波片94依次设置在第一分光计111和第五分光计115之间的光路中，第九偏振片69设置在第三分光计113与第一探测器131的输入端之间，第一探测器131的输出端连接信号解码器14；第十偏振片610设置在第三分光计113与第二探测器132的输入端之间，第二探测器132的输出端连接信号解码器14；第十一偏振片611设置在第四分光计114与第三探测器133的输入端之间，第三探测器133的输出端连接信号解码器14；第十二偏振片612设置在第四分光计114与第四探测器134的输入端之间，第四探测器134的输出端连接信号解码器14；第十三偏振片613设置在第七分光计117与第五探测器135的输入端之间，第五探测器135的输出端连接信号解码器14；第十四偏振片614设置在第七分光计117与第六探测器136的输入端之间，第六探测器136的输出端连接信号解码器14；第十五偏振片615设置在第六分光计116与第七探测器137的输入端之间，第七探测器137的输出端连接信号解码器14；第十六偏振片616设置在第六分光计116与第八探测器138的输入端之间，第八探测器138的输出端连接信号解码器14。
所述载波信号发射模块为径向偏振光产生装置，所述径向偏振光产生方式为腔内干涉法，中红外波长的径向偏振激光为中红外超快激光，波长范围为2um至2.6um，脉冲宽度为几个飞秒至几十纳秒。
第一偏振分束器41、第二偏振分束器42、第三偏振分束器43、第四偏振分束器44、第五偏振分束器45、第六偏振分束器46、第七偏振分束器47、第八偏振分束器48均为偏振相关分束器，对应偏振分束器均垂直于入射激光方向；第一波片51与第一偏振片61同轴放置，第二波片52与第二偏振片62同轴放置，第三波片53与第三偏振片63同轴放置，第四波片54与第四偏振片64同轴放置，第五波片55与第五偏振片65同轴放置，第六波片56与第六偏振片66同轴放置，第七波片57与第七偏振片67同轴放置，第八波片58与第八偏振片68同轴放置，波片角度能够电控旋转，旋转至输出激光线偏振方向与偏振片透射轴一致；所述第一半波片91与第二半波片92同轴放置，其快轴夹角成45度放置，所述第三波片93与第四半波片94同轴放置，其快轴夹角成45度；所述第一反射镜81、第二反射镜82、第三反射镜83、第四反射镜84、第五反射镜85、第六反射镜86、第七反射镜87、第八反射镜88、第九反射镜89载波信号入射的一侧均镀增透膜，增透膜工作波长2至5um，调制激光入射的一侧均镀反射膜，反射膜工作波长2至5um，反射膜一侧与调制激光入射方向成45度夹角，增透膜一侧与载波信号入射方向呈45度夹角，载波信号的有效透过率为50％，调制信号的有效反射率为50％。
所述径向偏振片121形状为圆形，透射轴过圆心，且沿圆心对称，方向分别为竖直方向、与竖直方向成45度夹角、与竖直方向成90度夹角、与竖直方向成135度夹角的透射轴，径向偏振片121会吸收偏振方向垂直于透射轴的光；所述角向偏振片122形状为圆形，透射轴为环形，围绕圆心均匀分布，透射轴分布间隔为1um，角向偏振片122会吸收偏振方向垂直于透射轴的光。
一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用方法，包括以下步骤：
①信号编码器1将待发送信息转换为相应的电信号，发送至信号调制模块；
②第一载波源21和第二载波源22分别产生一路径向偏振激光作为载波信号；
③根据信号编码器1产生的电信号，第一可调制激光器31、第二可调制激光器32、第三可调制激光器33、第四可调制激光器34在接收到对应的控制指令后，控制激光的输出，当第一可调制激光器31、第二可调制激光器32、第三可调制激光器33、第四可调制激光器34处于开启状态下时，输出的激光分别对应经由第一偏振分束器41、第二偏振分束器42、第三偏振分束器43、第四偏振分束器44输出线偏振激光，再依次经由对应第一波片51、第二波片52、第三波片53、第四波片54、第一偏振片61、第二偏振片62、第三偏振片63、第四偏振片64进行偏振选择，经偏振选择后的激光经由对应第一全反镜71、第二全反镜72、第三全反镜73、第四全反镜74、第四反射镜84、第三反射镜83、第二反射镜82、第一反射镜81耦合进径向偏振激光光束中；处于关断状态下的第一可调制激光器31、第二可调制激光器32、第三可调制激光器33、第四可调制激光器34不输出激光，即无经过偏振选择的激光耦合进载波信号中；
根据信号编码器1产生的电信号，第五可调制激光器35、第六可调制激光器36、第七可调制激光器37、第八可调制激光器38在接收到对应的控制指令后，控制激光的输出，当第五可调制激光器35、第六可调制激光器36、第七可调制激光器37、第八可调制激光器38处于开启状态下时，输出的激光分别对应经由第五偏振分束器45、第六偏振分束器46、第七偏振分束器47、第八偏振分束器48输出线偏振激光，再依次经由对应第五波片55、第六波片56、第七波片57、第八波片58、第五偏振片65、第六偏振片66、第七偏振片67、第八偏振片68进行偏振选择，经偏振选择后的激光经由对应第五全反镜75、第六全反镜76、第七全反镜77、第八全反镜78、第五反射镜85、第六反射镜86、第七反射镜87、第八反射镜88耦合进径向偏振激光光束中；处于关断状态下的第五可调制激光器35、第六可调制激光器36、第七可调制激光器37、第八可调制激光器38不输出激光，即无经过偏振选择的激光耦合进载波信号中；耦合后的径向偏振激光光束经由第一半波片91、第二半波92偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器15进行相位补偿，补偿后角向偏振激光经由第九反射镜89与第一载波源发射的径向激光耦合，并发送至信号接收模块；
④经步骤③调制后的载波信号发送至窄带通滤波器10滤除光噪声，将滤除后的信号光发送至第一分光计111，第一分光计111将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计112和第五分光计115，第二分光计112将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计113和第四分光计114，第五分光计115将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计116和第七分光计117；
⑤经由第一分光计111出射的激光入射至径向偏振片121，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片121后，仅保留径向偏振激光；
入射激光经由第九偏振片69后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第一探测器131测得；入射激光经由第十偏振片610后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第二探测器132测得；入射激光经由第十一偏振片611后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第三探测器133测得；入射激光经由第十二偏振片612后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第四探测器134测得；
⑥经由第一分光计111出射的激光入射至角向偏振片122，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片122后，仅保留角向偏振激光，角向偏振激光依次入射至第三半波片93、第四半波片94，第三半波片93、第四半波片94同轴放置，快轴夹角成45度，角向偏振激光转换为径向偏振激光，入射至第五分光计115中；
入射激光经由第十三偏振片613后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第五探测器135测得；入射激光经由第十四偏振片614后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第六探测器136测得；入射激光经由第十五偏振片615后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第七探测器137测得；入射激光经由第十六偏振片616后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第八探测器138测得；
⑦第一探测器131、第二探测器132、第三探测器133、第四探测器134、第五探测器135、第六探测器136、第七探测器137和第八探测器138将测得对应分量的激光强度信息发送至信号解码器14，信号解码器14根据各振幅分量的强度是否大于一定值，判断对应振幅分量表示的信息，完成解码。
偏振是光的特性之一，如常见的线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光，它们的共同特点是光束横截面上各点的偏振态相同。空间偏振分布不一致的矢量光束由于其在传输模式和稳定性方面特有的优势，是近年来光通信领域的研究热点之一。偏振呈轴对称分布的柱矢量光束(CVB)中心的能量为零，并且其能量分布也是轴对称的(圆环形)。
在通信系统中，正交代表的物理含义是可分离，也就是可以从混合的信号中分离出指定的信号。“正交性”是从几何中借来的术语。如果两条直线相交成直角，他们就是正交的。用向量术语来说，这两条直线互不依赖。沿着某一条直线移动，该直线投影到另一条直线上的位置不变。
偏振复用技术的基本原理是信号光在空间中以两个正交偏振态的偏振光的形式进行传播，在接收端将两种偏振光区分并分别接收。尤其是水平偏振激光与垂直偏振激光，恰好对应笛卡尔坐标系下的两个正交轴，两个电矢量方向正交的光束，复合后，各电场矢量方向依旧相互独立无串扰现象。
矢量偏振光是一种非均匀的偏振光，它在光束的横截面上的每一点的偏振状态不尽相同，并不是均匀分布的。矢量光束中最为特殊的就是一种偏振态在横截面上呈轴对称分布的光束，即轴对称矢量光束，它是亥姆霍兹方程在柱坐标下的特殊解。径向偏振光是指偏振方向在横截面上沿着径向的偏振光。角向偏振光是指偏振方向在横截面上垂直于径向的偏振光。
径向偏振光属于轴对称偏振光。对于轴对称偏振光，其突出的特点就是在光束横截面上任意一点有电场矢量方向与径向的夹角保持不变。典型的例子就是径向偏振和方位角偏振光束，在光束横截面上任意一点，它们的电场矢量方向分别是始终与径向平行或垂直。
对于圆对称的光学谐振腔，在腔内加入偏振选择元件，当径向偏振光束的反射率与角向偏振光束的反射率之差达到特定百分比时，即可实现轴对称偏振光束拉盖尔高斯光束的输出。在笛卡尔坐标系下，轴对称偏振拉盖尔-高斯光束横向电场在源平面z＝0处具有如下分布形式：
En1(x0,y0,0)＝En1x(x0,y0,0)ex+En1y(x0,y0,0)ey
其中
Figure BDA0003106448790000131
Figure BDA0003106448790000132
式中
Figure BDA0003106448790000141
笛卡尔坐标系下(x0,y0)对应的圆柱坐标，θ为横截面内某一点电场强度方向与径向之间的夹角，ω0为基模高斯光束的束腰半径。
Figure BDA0003106448790000142
为径向指数为n、角向指数为1的拉盖尔多项式，E0为振幅常系数。
根据公式可以得出周对称矢量光束具有中空环状的电场强度分布，光束横截面上电场表现出轴对称性。光斑上任一点光强电场都相对与径向旋转了θ角度。电场强度可以分解为角向电场和径向电场。其中径向偏振光可看成θ＝0的轴对称矢量光束，而角向偏振光束可看成是θ＝π/2的轴对称矢量光束。
两个半波片组成的简单偏振旋转器可以实现径向偏振激光与角向偏振激光之间的转换。该偏振旋转器的琼斯矩阵可以表示为如下公式：
Figure BDA0003106448790000143
其中Δφ表示两个半波片的快轴夹角，T表示偏振旋转器的传输函数。
与单个半波片的旋转不同，这种旋转与入射激光初始偏振态无关。旋转量由两个半波板的快轴之间的角度Δφ决定。当Δφ＝φ0/2时，φ0表示角向偏振激光的电场矢量方向与径向偏振光的电场矢量方向的夹角，从径向偏振光束可以产生广义圆柱矢量光束。只需转动其中一个半波片，就可以改变Δφ，并控制角度φ0，从而产生不同的柱面矢量光束。
特殊的是，当Δφ＝45，即当两个半波片的快轴夹角为45度时，入射光为径向偏振激光，出射激光的电场矢量方向与径向偏振方向的夹角为90度，即φ0＝90。经过两个半波片组成的偏振旋转器，径向偏振光恰好转换为角向偏振激光。
径向偏振光与角向偏振光可线型叠加合成柱矢量偏振光，由于横向电场的连续性，柱矢量光束有一个空心的横向电场。若径向偏振光与角向偏振光相位差相差2kπ(k为整数)，叠加后的柱矢量光束的电场矢量方向与径向具有相同固定角度，若径向偏振光与角向偏振光相位差不为2kπ(k为整数)，合成后的柱矢量光束的横截面上轴对称分布椭圆偏振光或圆偏振光。
偏振片是一种光滤波器，其中光的透射率与其偏振状态直接相关。通常是某一方向的线偏振光可以通过，而偏振方向与其垂直的光则不能通过：会被吸收或者反射到其它的方向上。还可以制作只有特定方向的圆偏振光可以通过的器件，一般是采用一个或者多个四分之一波片与线偏振片结合起来。偏振片并不能将任意偏振态的入射光转化成需要的偏振方向。它只能消除不需要的偏振光。
本发明提及的相位延迟器，是液晶相位延迟器，可实现微秒级的响应时间，液晶可变延迟器由填满液晶(LC)分子溶液的透明液晶盒组成，可用作可变波片。在未加电压的情况下，液晶分子的定向由取向膜决定，取向膜为有机聚酰亚胺(PI)膜层，其分子在制造过程中沿摩擦方向排列。由于LC材料的双折射性，该LC延迟器可以用作光学各向异性波片，其慢轴标记在机械外壳上，且与延迟器的表面平行。透明盒壁的两个平行面镀有透明导电膜，因此可在液晶盒上施加电压。加上交流电压后，液晶分子会根据所加电压改变默认排列方向。因此，改变施加电压可以主动控制液晶可变延迟器的延迟。
本发明提及的径向偏振片，是一种透射方向为竖直方向、与竖直方向成45度、与竖直方向成90度、与竖直方向成135度的特殊设计的偏振片。径向激光与角向激光叠加后的激光经过径向偏振片后，仅保留电场矢量方向为竖直方向、与竖直方向成90度、与竖直方向成135度的光束分量的激光。
本发明提及的角向偏振片，是一种透射方向与径向方向成90度方向的偏振片，仅允许电场矢量方向与径向成90度方向的角向激光透过的偏振片。
在径向激光与角向激光的复用中，各处相交的电场方向均为正交，互不串扰，保障在通信过程中信号的低误码率。在信号解调的过程中，加载的信号可以有效识别出。
本发明使用中红外波长激光作为空间激光通讯载体，可见光通讯不可避免会导致光污染以及信息泄露等问题。中红外波长激光中，包含具有高穿透性的处于大气窗口波段的激光，此外，中红外激光处于不可见光波段，保障了信息传输的保密性。
本发明所用的载波信号源，其空间模式呈径向偏振特性，波长选定2至2.6um的中红外激光。2至2.6um的中红外激光属于不可见光，处于人眼安全波段，亦处于大气窗口波段，在大气中有效透过率可以达到80％。不可见光的特性保障了通信过程的保密性，并避免了光污染。
超快激光，脉冲宽度在皮秒甚至飞秒量级的激光器，保障了激光的巨大的单脉冲能量和极高的峰值功率，这些特性促使激光在空间中传播的过程中，具有更好的聚焦特性，在同等功率，相同波长下，较连续激光的有效传播距离更远。
实施例1
本实施例中信号编码器1，笔记本电脑，CPU为AMD Ryzen 7 4800H，16G运行内存；
其中，第一载波源21，波长1970nm，径向偏振激光，最大输出功率5w；
第二载波源22；波长1970nm，径向偏振激光，最大输出功率5w；
第一可调制激光器31，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW,SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第二可调制激光器32，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW,SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第三可调制激光器33，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW，SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第四可调制激光器34，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW，SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第五可调制激光器35，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW，SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第六可调制激光器36，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW，SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第七可调制激光器37，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW，SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第八可调制激光器38，波长1970nm，NEL(NTT)高性能电流直调超快激光器，脉宽315飞秒，10Gbps速率，PMF保偏尾纤输出功率>50.0mW，SMA射频母头；蝶形封装，内部带制冷，支持城域和长途应用；
第一偏振分束器41，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第二偏振分束器42，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第三偏振分束器43，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第四偏振分束器44，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第五偏振分束器45，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第六偏振分束器46，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第七偏振分束器47，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第八偏振分束器48，50:50偏振相关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第一波片51，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第二波片52，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第三波片53，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第四波片54，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第五波片55，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第六波片56，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第七波片57，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第八波片58，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第一偏振片61，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向重合；
第二偏振片62，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成45度夹角；
第三偏振片63，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成90度夹角；
第四偏振片64，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成135度夹角；
第五偏振片65，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向重合；
第六偏振片66，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成45度夹角；
第七偏振片67，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成90度夹角；
第八偏振片68，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成135度夹角；
第一全反镜71，金镜，单侧镀金；
第二全反镜72，金镜，单侧镀金；
第三全反镜73，金镜，单侧镀金；
第四全反镜74，金镜，单侧镀金；
第五全反镜75，金镜，单侧镀金；
第六全反镜76，金镜，单侧镀金；
第七全反镜77，金镜，单侧镀金；
第八全反镜78，金镜，单侧镀金；
第一反射镜81，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第二反射镜82，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第三反射镜83，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第四反射镜84，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第五反射镜85，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第六反射镜86，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第七反射镜87，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第八反射镜88，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第九反射镜89，一面镀增透膜，有效波长2000-2600nm，一面镀反射膜，有效波长2000-2600nm；
第一半波片91，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第二半波片92，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第三半波片93，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第四半波片94，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
窄带通滤波器10，自由空间滤波器，直径3.5mm，工作波长2000-2600nm；
第一分光计111，50:50偏振无关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第二分光计112，50:50偏振无关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第三分光计113，50:50偏振无关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第四分光计114，50:50偏振无关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
第五分光计115；50:50偏振无关分束器立方，2000-2600nm，尺寸高5mm；
径向偏振片121，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与径向偏振激光偏振方向一致；
角向偏振片122，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与径向偏振激光偏振方向一致；
第九偏振片69，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向重合；
第十偏振片610，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成45度夹角；
第十一偏振片611，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向90度夹角；
第十二偏振片612，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成135度夹角；
第十三偏振片613，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向重合；
第十四偏振片614，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成45度夹角；
第十五偏振片615，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成90度夹角；
第十六偏振片616，线偏振片，直径12.5mm，工作波长1500-5000nm，起偏方向与竖直方向成135度夹角；
第一探测器131，铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
第二探测器132，铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
第三探测器133，铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
第四探测器134，铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
第五探测器135，铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
第六探测器136，铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
第七探测器137，铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
第八探测器138；铟镓砷探测器，900-2600nm，上升时间17ns，探测面积0.2平方毫米；
信号解码器14，笔记本电脑，CPU为AMD Ryzen 7 4800H，16G运行内存；
相位延迟器15，全波液晶延迟器，无补偿，通光孔径
Figure BDA0003106448790000201
增透膜：1650-3000nm；
根据信号编码器1产生的电信号，当第一可调制激光器31接收到打开的控制指令时，第一可调制光源发出1970nm波长激光，激光经由第一偏振分束器41后分为两路线偏振激光，分别为水平分量与垂直分量；第一波片51将水平分量激光偏振方向旋转至竖直方向，竖直偏振方向激光经由第一偏振片61发送至第一全反镜71，第一全反镜71与其入射激光成45度夹角，使竖直偏振方向激光发生90度折射至第四反射镜84，第四反射镜84与其入射激光成45度夹角，将竖直方向激光耦合至径向偏振激光中；
径向偏振激光的时域特征如图2所示，为超快激光，脉冲宽度约10ps，峰值功率为38mW；
第二可调制激光器32，第三可调制激光器33，第四可调制激光器34，第五可调制激光器35，第六可调制激光器36，第七可调制激光器37，第八可调制激光器38与第一可调制激光器31原理相同，第二波片52，第三波片53，第四波片54，第五波片55，第六波片56，第七波片57，第八波片58分别使经由对应偏振分束器产生的水平分量旋转为45度，90度，135度，0度，45度，90度，135度偏振方向激光，并经由对应的第二偏振片62，第三偏振片63，第四偏振片64，第五偏振片65，第六偏振片66，第七偏振片67，第八偏振片68，第二全反镜72，第三全反镜73，第四全反镜74，第五全反镜75，第六全反镜76，第七全反镜77，第八全反镜78，第三反射镜83，第二反射镜82，第一反射镜81，第五反射镜85，第六反射镜86，第七反射镜87，第八反射镜88耦合至径向偏振激光中；
信号调制过程如图3所示；
第五可调制激光器35，第六可调制激光器36，第七可调制激光器37，第八可调制激光器38的激光耦合至第二载波源22发射的径向偏振激光中，该径向偏振激光经由第一半波片91、第二半波片92后转化为角向偏振激光，角向偏振激光经由相位延迟器15进行相位补偿，保障耦合前后的径向偏振激光与角向偏振激光相位一致；
所述的第一半波片91与第二半波片92同轴放置，其快轴夹角成45度；
角向偏振激光经由第九反射镜89产生90度折射与第一载波源21发射的径向偏振激光进行耦合；
本实施例中所述的信号接收模块包括窄带通滤波器10，第一分光计111，第二分光计112，第三分光计113，第四分光计114，第五分光计115，第六分光计116和第七分光计117；载波信号发送至窄带通滤波器10，窄带通滤波器10滤除光噪声，将滤除后的信号光发送至第一分光计111，第一分光计111将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计112和第五分光计115，第二分光计112将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计113和第四分光计114，第五分光计115将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计116和第七分光计117；
本实施例中所述的信号解调模块包括径向偏振片121，角向偏振片122，第九偏振片69，第十偏振片610，第十一偏振片611，第十二偏振片612，第十三偏振片613，第十四偏振片614，第十五偏振片615，第十六偏振片616，第一探测器131，第二探测器132，第三探测器133，第四探测器134，第五探测器135，第六探测器136，第七探测器137和第八探测器138，第三半波片93，第四半波片94；
经由第一分光计111出射的激光入射至径向偏振片121，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片121后，仅保留径向偏振激光；
入射激光经由第九偏振片69后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第一探测器131测得；入射激光经由第十偏振片610后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第二探测器132测得；入射激光经由第十一偏振片611后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第三探测器133测得；入射激光经由第十二偏振片612后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第四探测器134测得；
经由第一分光计111出射的激光入射至角向偏振片122，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片122后，仅保留角向偏振激光，角向偏振激光依次入射至第三半波片93，第四半波片94，第三波片93与第四半波片94同轴放置，快轴夹角成45度，角向偏振激光转换为径向偏振激光，入射至第五分光计115中；
入射激光经由第十三偏振片613后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第五探测器135测得；入射激光经由第十四偏振片614后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第六探测器136测得；入射激光经由第十五偏振片615后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第七探测器137测得；入射激光经由第十六偏振片616后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第八探测器138测得；
第一探测器131，第二探测器132，第三探测器133，第四探测器134，第五探测器135，第六探测器136，第七探测器137和第八探测器138将测的对应分量的激光强度信息，发送至信号解码器14，信号解码器14根据各振幅分量的强度是否大于一定值，判断对应振幅分量表示的信息，完成解码。
实施例2
如图4所示的一种偏振旋转装置，包括第一半波片101，第二半波片102，波片可旋转。
第一半波片91，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
第二半波片92，零级涡旋半波片，中心波长可选2000-2600nm；
如图4(a)所示，第一半波片91快轴为水平方向，第二半波片92快轴与水平方向为
Figure BDA0003106448790000221
角度，入射激光如图4(b)所示，为径向偏振激光，出射激光如图4(c)所示，为电场矢量方向与径向成
Figure BDA0003106448790000222
角度的柱矢量偏振光；
Figure BDA0003106448790000223
与
Figure BDA0003106448790000224
满足关系，
Figure BDA0003106448790000225
当第一半波片91与第二半波片92快轴夹角为45度时，径向偏振激光依次经过两个半波片的过程如图5所示，径向偏振激光完全转换为角向偏振激光，角向偏振激光的电场矢量方向与径向方向垂直。
实施例3径向偏振激光与角向偏振激光的合成与解调示意图
径向偏振激光与角向偏振激光的叠加如图6所示。
当径向偏振激光与角向偏振激光相位差为2kπ(k为整数)时，且幅值相同时，径向偏振激光与角向偏振激光合成后形成柱矢量偏振激光，柱矢量偏振激光如图6(a)所示，其对应各电场矢量方向与径向成固定角度；
当径向偏振激光与角向偏振激光相位差不为2kπ(k为整数)，径向偏振激光与角向偏振激光合成后形成柱矢量偏振激光，柱矢量偏振激光如图6(b)所示，其对应各部分偏振态为椭圆偏振态。
径向偏振激光与角向偏振激光解调的过程如图7所示。
当对应各电场矢量方向与径向成固定角度的柱矢量偏振激光入射径向偏振片时，如图7(a)所示，带角度的柱矢量偏振激光经过径向偏振片后，角向偏振激光被吸收，仅保留径向偏振激光；
当对应各电场矢量方向与径向成固定角度的柱矢量偏振激光入射径向偏振片时，如图7(b)所示，带角度的柱矢量偏振激光经过角向偏振片后，径向偏振激光被吸收，仅保留角向偏振激光；
实施例4信号编码示意图
如图8所示，基于实施例一所提及的用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，将待传输信号转换为对应的二进制编码，将待发送的二进制编码以8位的有效长度分段，单次发送8位二进制码，本发明可有效实现8位信号实时传输，其中第一可调制激光器31的激光信号对应8位信号中最高位，即7号位，第二可调制激光器32的激光信号对应8位信号中6号位，第三可调制激光器33的激光信号对应8位信号中第5位，第四可调制激光器34对应8位信号中4号位，第五可调制激光器35的激光信号对应8位信号中最高位，即3号位，第六可调制激光器36的激光信号对应8位信号中2号位，第七可调制激光器37的激光信号对应8位信号中第1位，第八可调制激光器38对应8位信号中0号位；
若对应编码为1，即对应调制激光器输出激光，若对应编码为0，即对应调制激光器不输出激光。
在接收端，依次经过解码后，第一可调制激光器31的激光信号在信号解调模块中，依次经过第一分光计111、第二分光计112、第三分光计113后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第一探测器131接收；
第二可调制激光器32的激光信号在解调模块中，依次经过第一分光计111、第二分光计112、第三分光计113后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第二探测器132接收；
第三可调制激光器33的激光信号在解调模块中，依次经过第一分光计111、第二分光计112、第四分光计114后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第三探测器133接收；
第四可调制激光器34的激光信号在解调模块中，依次经过第一分光计111、第二分光计112、第三分光计114后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第四探测器134接收；
第五可调制激光器35的激光信号在解调模块中，依次经过第一分光计111、第五分光计115、第七分光计117后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第五探测器135接收；
第六可调制激光器36的激光信号在解调模块中，依次经过第一分光计111、第五分光计115、第七分光计117后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第六探测器136接收；
第七可调制激光器37的激光信号在解调模块中，依次经过第一分光计111、第五分光计115、第六分光计116后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第七探测器137接收；
第八可调制激光器38的激光信号在解调模块中，依次经过第一分光计111、第五分光计115、第六分光计116后，激光信号对应的偏振方向不变，强度衰减为最初的八分之一后，被第八探测器138接收；
实施例5一种信号编码示意
如图9所示，基于实施例一所提及的用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，若待发送信息为二进制编码“10101010”，可以控制第一调制激光器31，第三调制激光器33，第五调制激光器35，第七调制激光器37输出激光；第二调制激光器32，第四调制激光器34，第六调制激光器36，第八调制激光器38不输出激光，对应激光加载在两路径向偏振激光上，集中一种激光径向偏振激光经偏振旋转为角向偏振激光，并与另一路激光进行复合，复合后的激光作传输信号进行传输，在接收端耦合后的柱矢量激光进行解调。
解调后的信息分别被第一探测器131、第二探测器132、第三探测器133、第四探测器134、第五探测器135、第六探测器136、第七探测器137、第八探测器138接收，并根据信号强弱进行信号判别，探测信号高于一定值则判定为正信号“1”，低于一定值判定为负信号“0”，实现信息的解码。
在复杂天气环境下，为降低误码率，更好地提高通信质量，在本发明中，可以采取一种特殊的编码，如图10所示，若待发送信息为“101010”，第一调制激光器31和第五发射高强度激光，高强度激光作为定位点，以高强度激光作为基准校正信号。

Claims (9)

1.一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，包括信号编码器(1)、信号调制模块，载波信号发射模块、信号接收模块、信号解调模块和信号解码器(14)；
信号编码器(1)根据待发送信息生成控制信号，控制信号发送至信号调制模块及载波信号发射模块，载波信号发射模块产生两路中红外波长的径向偏振激光作为载波信号，信号调制模块根据控制信号发送不同偏振角度的线性偏振激光，并发送至两路载波信号，其中一路载波信号转化为角向偏振激光，进行相位补偿后，与另一路径向偏振激光进行耦合，耦合后的激光发送至信号接收模块，信号接收模块接收信号，发送至信号解调模块，信号解调模块对信号解调并转换为电信号发送至信号解码器(14)，完成空间通讯。
2.根据权利要求1所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，载波信号发射模块包括第一载波源(21)和第二载波源(22)，第一载波源(21)和第二载波源(22)分别接收信号编码器(1)的控制信号作为第一载波信号、第二载波信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，信号调制模块包括第一可调制激光器(31)、第二可调制激光器(32)、第三可调制激光器(33)、第四可调制激光器(34)、第五可调制激光器(35)、第六可调制激光器(36)、第七可调制激光器(37)、第八可调制激光器(38)、第一偏振分束器(41)、第二偏振分束器(42)、第三偏振分束器(43)、第四偏振分束器(44)、第五偏振分束器(45)、第六偏振分束器(46)、第七偏振分束器(47)、第八偏振分束器(48)、第一波片(51)、第二波片(52)、第三波片(53)、第四波片(54)、第五波片(55)、第六波片(56)、第七波片(57)、第八波片(58)、第一偏振片(61)、第二偏振片(62)、第三偏振片(63)、第四偏振片(64)、第五偏振片(65)、第六偏振片(66)、第七偏振片(67)、第八偏振片(68)、第一全反镜(71)、第二全反镜(72)、第三全反镜(73)、第四全反镜(74)、第五全反镜(75)、第六全反镜(76)、第七全反镜(77)、第八全反镜(78)、第一反射镜(81)、第二反射镜(82)、第三反射镜(83)、第四反射镜(84)、第五反射镜(85)、第六反射镜(86)、第七反射镜(87)、第八反射镜(88)、第九反射镜(89)、第一半波片(91)、第二半波片(92)、相位延迟器(15)，第一可调制激光器(31)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第一偏振分束器(41)、第一波片(51)、第一偏振片(61)、第一全反镜(71)、第四反射镜(84)后与第一载波信号进行耦合；第二可调制激光器(32)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第二偏振分束器(42)、第二波片(52)、第二偏振片(62)、第二全反镜(72)、第三反射镜(83)后与第一载波信号进行耦合；第三可调制激光器(33)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第三偏振分束器(43)、第三波片(53)、第三偏振片(63)、第三全反镜(73)、第二反射镜(82)后与第一载波信号进行耦合；第四可调制激光器(34)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第四偏振分束器(44)、第四波片(54)、第四偏振片(64)、第四全反镜(74)、第一反射镜(81)后与第一载波信号进行耦合；第五可调制激光器(35)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第五偏振分束器(45)、第五波片(55)、第五偏振片(65)、第五全反镜(75)、第五反射镜(85)后与第二载波信号进行耦合；第六可调制激光器(36)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第六偏振分束器(46)、第六波片(56)、第六偏振片(66)、第六全反镜(76)、第六反射镜(86)后与第二载波信号进行耦合；第七可调制激光器(37)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第七偏振分束器(47)、第七波片(57)、第七偏振片(67)、第七全反镜(77)、第七反射镜(87)后与第二载波信号进行耦合；第八可调制激光器(38)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第八偏振分束器(48)、第八波片(58)、第八偏振片(68)、第八全反镜(78)、第八反射镜(88)后与第二载波信号进行耦合；耦合后的激光光束经由第一半波片(91)、第二半波片(92)偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器(15)进行相位补偿，补偿后的角向偏振激光经由第九反射镜(89)后与第一载波源发射的径向激光耦合为载波信号。
4.根据权利要求3所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，信号接收模块包括窄带通滤波器(10)、第一分光计(111)、第二分光计(112)、第三分光计(113)、第四分光计(114)、第五分光计(115)、第六分光计(116)、第七分光计(117)，窄带通滤波器(10)接收载波信号并对接收到的载波信号滤除光噪声，将滤除后的信号发送至第一分光计(111)，第一分光计(111)将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计(112)和第五分光计(115)，第二分光计(112)将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计(113)和第四分光计(114)，第五分光计(115)将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计(116)和第七分光计(117)。
5.根据权利要求4所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，信号解调模块包括径向偏振片(121)、角向偏振片(122)、第三半波片(93)、第四半波片(94)、第九偏振片(69)、第十偏振片(610)、第十一偏振片(611)、第十二偏振片(612)、第十三偏振片(613)、第十四偏振片(614)、第十五偏振片(615)、第十六偏振片(616)、第一探测器(131)、第二探测器(132)、第三探测器(133)、第四探测器(134)、第五探测器(135)、第六探测器(136)、第七探测器(137)和第八探测器(138)；径向偏振片(121)设置在第一分光计(111)和第二分光计(112)之间的光路中，角向偏振片(122)、第三半波片(93)、第四半波片(94)依次设置在第一分光计(111)和第五分光计(115)之间的光路中，第九偏振片(69)设置在第三分光计(113)与第一探测器(131)的输入端之间，第一探测器(131)的输出端连接信号解码器(14)；第十偏振片(610)设置在第三分光计(113)与第二探测器(132)的输入端之间，第二探测器(132)的输出端连接信号解码器(14)；第十一偏振片(611)设置在第四分光计(114)与第三探测器(133)的输入端之间，第三探测器(133)的输出端连接信号解码器(14)；第十二偏振片(612)设置在第四分光计(114)与第四探测器(134)的输入端之间，第四探测器(134)的输出端连接信号解码器(14)；第十三偏振片(613)设置在第七分光计(117)与第五探测器(135)的输入端之间，第五探测器(135)的输出端连接信号解码器(14)；第十四偏振片(614)设置在第七分光计(117)与第六探测器(136)的输入端之间，第六探测器(136)的输出端连接信号解码器(14)；第十五偏振片(615)设置在第六分光计(116)与第七探测器(137)的输入端之间，第七探测器(137)的输出端连接信号解码器(14)；第十六偏振片(616)设置在第六分光计(116)与第八探测器(138)的输入端之间，第八探测器(138)的输出端连接信号解码器(14)。
6.根据权利要求5所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，所述载波信号发射模块为径向偏振光产生装置，所述径向偏振光产生方式为腔内干涉法。
7.根据权利要求5所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，第一偏振分束器(41)、第二偏振分束器(42)、第三偏振分束器(43)、第四偏振分束器(44)、第五偏振分束器(45)、第六偏振分束器(46)、第七偏振分束器(47)、第八偏振分束器(48)均为偏振相关分束器，对应偏振分束器均垂直于入射激光方向，第一波片(51)与第一偏振片(61)同轴放置，第二波片(52)与第二偏振片(62)同轴放置，第三波片(53)与第三偏振片(63)同轴放置，第四波片(54)与第四偏振片(64)同轴放置，第五波片(55)与第五偏振片(65)同轴放置，第六波片(56)与第六偏振片(66)同轴放置，第七波片(57)与第七偏振片(67)同轴放置，第八波片(58)与第八偏振片(68)同轴放置，波片角度能够电控旋转，旋转至输出激光线偏振方向与偏振片透射轴一致；所述第一半波片(91)与第二半波片(92)同轴放置，其快轴夹角成45度放置，所述第三波片(93)与第四半波片(94)同轴放置，其快轴夹角成45度；所述第一反射镜(81)、第二反射镜(82)、第三反射镜(83)、第四反射镜(84)、第五反射镜(85)、第六反射镜(86)、第七反射镜(87)、第八反射镜(88)、第九反射镜(89)载波信号入射的一侧均镀增透膜，增透膜工作波长2至5um，调制激光入射的一侧均镀反射膜，反射膜工作波长2至5um，反射膜一侧与调制激光入射方向成45度夹角，增透膜一侧与载波信号入射方向呈45度夹角，载波信号的有效透过率为50％，调制信号的有效反射率为50％。
8.根据权利要求7所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，所述径向偏振片(121)形状为圆形，透射轴过圆心，且沿圆心对称，方向分别为竖直方向、与竖直方向成45度夹角、与竖直方向成90度夹角、与竖直方向成135度夹角的透射轴，径向偏振片(121)会吸收偏振方向垂直于透射轴的光；所述角向偏振片(122)形状为圆形，透射轴为环形，围绕圆心均匀分布，透射轴分布间隔为1um，角向偏振片(122)会吸收偏振方向垂直于透射轴的光。
9.一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用方法，其特征在于，包括以下步骤：
①信号编码器(1)将待发送信息转换为相应的电信号，发送至信号调制模块；
②第一载波源(21)和第二载波源(22)分别产生一路径向偏振激光作为载波信号；
③根据信号编码器(1)产生的电信号，第一可调制激光器(31)、第二可调制激光器(32)、第三可调制激光器(33)、第四可调制激光器(34)在接收到对应的控制指令后，控制激光的输出，当第一可调制激光器(31)、第二可调制激光器(32)、第三可调制激光器(33)、第四可调制激光器(34)处于开启状态下时，输出的激光分别对应经由第一偏振分束器(41)、第二偏振分束器(42)、第三偏振分束器(43)、第四偏振分束器(44)输出线偏振激光，再依次经由对应第一波片(51)、第二波片(52)、第三波片(53)、第四波片(54)、第一偏振片(61)、第二偏振片(62)、第三偏振片(63)、第四偏振片(64)进行偏振选择，经偏振选择后的激光经由对应第一全反镜(71)、第二全反镜(72)、第三全反镜(73)、第四全反镜(74)、第四反射镜(84)、第三反射镜(83)、第二反射镜(82)、第一反射镜(81)耦合进径向偏振激光光束中；处于关断状态下的第一可调制激光器(31)、第二可调制激光器(32)、第三可调制激光器(33)、第四可调制激光器(34)不输出激光，即无经过偏振选择的激光耦合进载波信号中；
根据信号编码器(1)产生的电信号，第五可调制激光器(35)、第六可调制激光器(36)、第七可调制激光器(37)、第八可调制激光器(38)在接收到对应的控制指令后，控制激光的输出，当第五可调制激光器(35)、第六可调制激光器(36)、第七可调制激光器(37)、第八可调制激光器(38)处于开启状态下时，输出的激光分别对应经由第五偏振分束器(45)、第六偏振分束器(46)、第七偏振分束器(47)、第八偏振分束器(48)输出线偏振激光，再依次经由对应第五波片(55)、第六波片(56)、第七波片(57)、第八波片(58)、第五偏振片(65)、第六偏振片(66)、第七偏振片(67)、第八偏振片(68)进行偏振选择，经偏振选择后的激光经由对应第五全反镜(75)、第六全反镜(76)、第七全反镜(77)、第八全反镜(78)、第五反射镜(85)、第六反射镜(86)、第七反射镜(87)、第八反射镜(88)耦合进径向偏振激光光束中；处于关断状态下的第五可调制激光器(35)、第六可调制激光器(36)、第七可调制激光器(37)、第八可调制激光器(38)不输出激光，即无经过偏振选择的激光耦合进载波信号中；耦合后的径向偏振激光光束经由第一半波片(91)、第二半波(92)偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器(15)进行相位补偿，补偿后角向偏振激光经由第九反射镜(89)与第一载波源发射的径向激光耦合，并发送至信号接收模块；
④经步骤③调制后的载波信号发送至窄带通滤波器(10)滤除光噪声，将滤除后的信号光发送至第一分光计(111)，第一分光计(111)将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计(112)和第五分光计(115)，第二分光计(112)将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计(113)和第四分光计(114)，第五分光计(115)将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计(116)和第七分光计(117)；
⑤经由第一分光计(111)出射的激光入射至径向偏振片(121)，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片(121)后，仅保留径向偏振激光；
入射激光经由第九偏振片(69)后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第一探测器(131)测得；入射激光经由第十偏振片(610)后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第二探测器(132)测得；入射激光经由第十一偏振片(611)后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第三探测器(133)测得；入射激光经由第十二偏振片(612)后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第四探测器(134)测得；
⑥经由第一分光计(111)出射的激光入射至角向偏振片(122)，原由径向偏振激光和角向偏振激光复合的激光经过径向偏振片(122)后，仅保留角向偏振激光，角向偏振激光依次入射至第三半波片(93)、第四半波片(94)，第三半波片(93)、第四半波片(94)同轴放置，快轴夹角成45度，角向偏振激光转换为径向偏振激光，入射至第五分光计(115)中；
入射激光经由第十三偏振片(613)后，出射激光仅保留偏振方向为竖直方向的分量，由第五探测器(135)测得；入射激光经由第十四偏振片(614)后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成45度的分量，由第六探测器(136)测得；入射激光经由第十五偏振片(615)后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成90度的分量，由第七探测器(137)测得；入射激光经由第十六偏振片(616)后，出射激光仅保留偏振方向与竖直方向成135度的分量，由第八探测器(138)测得；
⑦第一探测器(131)、第二探测器(132)、第三探测器(133)、第四探测器(134)、第五探测器(135)、第六探测器(136)、第七探测器(137)和第八探测器(138)将测得对应分量的激光强度信息发送至信号解码器(14)，信号解码器(14)根据各振幅分量的强度是否大于一定值，判断对应振幅分量表示的信息，完成解码。
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