CN114035300B - 大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法，属于光通信技术领域。在保持变焦透镜和CCD相机距离不变的情况下采集探针光束在后焦面以及各个离焦面的光强分布信息，同时利用改进相位差方法重建传输过程中大气湍流引起的畸变相位信息，从而达到修复畸变OAM光束、提升大容量空间光通信链路性能的目的。本发明所提方法具有算法收敛速度快，校正精度高，实现手段简单的优点，在提高自适应光学系统校正精度的同时，可有效降低自适应光学系统的成本与结构复杂度。

Description

大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法

技术领域

本发明涉及一种大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法，属于光通信技术领域。

背景技术

适应全球网络发展趋势的高速大容量空间光通信技术一直是国内外学者的研究热点。轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)作为一种新的光束维度，因其独特的光学特性在光通信技术中受到越来越多的关注。携带OAM的涡旋光束具有特殊的螺旋相位结构exp(inφ)，n为方位角指数，表征OAM态，为传播方位角(n代表光束单波数内2π相移的个数)。具有不同方位角指数n的OAM光束相互正交，n理论上可以为无穷大整数。因此，OAM能够有效地提高空间光通信系统的容量，满足现代高速率、大容量的通信需求。

在实际的轨道角动量空间光通信链路中，大气湍流环境会使OAM光束产生相位畸变，导致功率损耗、OAM模式之间串扰严重，从而降低空间光通信链路的传输性能。针对OAM光束在传播过程中产生的不必要的湍流畸变，研究者们提出利用自适应光学(Adaptiveoptics,AO)来抵消其对OAM光束的影响。在过去的15年里，随着光束整形器件成本和复杂性的下降，以及计算机计算能力的大幅提高，AO技术在在各个领域的研究和应用显著增长。

对于基于AO的大容量OAM空间光通信链路而言，如何准确可靠地重建OAM光束的螺旋相位信息是当前AO面临的主要障碍。由于OAM光束的相位奇点特性，传统的夏克哈特曼波前传感器很难完成OAM光束这类具有非连续波前的高精度相位重构，进而阻碍了整个方案校正精度的提升。而且，目前大多数实验仪器仅局限于直接测量强度，不能直接测量相位。为了解决这一问题，不受相位奇异性影响的相位恢复算法(phase retrieval algorithm,PRA)得到了越来越多的关注，该算法可以直接根据光强数据信息确定光束的相位信息。基于PRA的AO技术成为比传统AO系统更好的选择。

常用的PRA，包括Gerchberg-Saxton算法和混合输入输出算法都是通过探测前焦面和后焦面的光场强度来重建光场相位信息。北京理工大学的研究团队使用基于Gerchberg-Saxton算法的AO技术实现了OAM光束的畸变补偿[S.Y.Fu等，Optics Letters,第41卷，3185-3188页]。北京邮电大学的研究团队使用基于混合输入输出算法的AO技术实现了较高校正精度的OAM光束畸变补偿[X.L.Yin等，Adaptive Optics,第57卷，7644-7650页]。Gerchberg-Saxton算法和混合输入输出算法虽然在收敛速度上有优势，但由于先验信息的限制，重构精度受到限制。另一种PRA，相位差算法通过增加离焦、再成像等人为引入已知像差，可实现更高的空间分辨率和重建精度。2020年，中国科学技术大学使用线性相位差算法实现了快速波前自适应校正方法[D.Yue等，Optics Communications,第475卷,1-9页]。因此，基于相位差方法的AO技术有望实现更高校正精度的OAM光束畸变补偿。然而，相位差方法通常需要采集两个或两个以上的后焦面和离焦面强度，并且很难机械地改变透镜焦距。由于换焦通常是机械操作，并不适合实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于如何同时兼顾大容量空间光通信链路自适应光学模块校正精度与系统复杂度，在简化系统复杂度的同时实现高精度自适应校正，实现小型化、低成本和高性能的大容量OAM空间光通信技术。

为解决上述问题，本发明提供了大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法，仅需一个变焦透镜，并在保持变焦透镜和CCD相机距离不变的情况下采集探针光束在后焦面以及各个离焦面的光强分布信息，同时利用改进相位差方法重建传输过程中大气湍流引起的畸变相位，从而达到修复畸变OAM光束、提升大容量空间光通信链路性能的目的。本发明所提方案具有算法收敛速度快，校正精度高，实现手段简单的优点，在提高自适应光学系统校正精度的同时，可有效降低自适应光学系统的成本与结构复杂度。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的。

本发明提出大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法，用于校正畸变OAM光束，提升大容量OAM空间光通信链路性能，其特点是：在接收端对接收光束解复用后，仅通过一个变焦透镜，在不改变CCD相机位置的情况下完成探针光束在后焦面及各离焦面的光强信息采集；利用改进相位差方法，计算畸变探针光束的相位信息，进而重建传输过程中大气湍流的畸变相位，由数据处理器最终输出波前校正器的控制信息，通过波前校正器对畸变的OAM光束实现修复的目的。

本发明的大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法，其具备如下步骤：

步骤一、采集光强信息F_x

通过自适应光学系统采集光强信息F_x；保持变焦透镜和CCD相机的距离不变，通过调节变焦透镜的加载电压，实现对光强信息F_x的采集；

所述自适应光学系统包括：解复用器，变焦透镜，CCD相机，数据处理器和波前校正器；所述解复用器用于将接收到的畸变复用光束解复用，透射光为畸变信息光束，反射光为畸变的探针光束；所述变焦透镜置于解复用器的反射光路后方；所述CCD相机置于变焦透镜的后方激光光路中且置于距离变焦透镜距离s的平面处，用于接收畸变探针光束在后焦面及各离焦面的光场强度分布，并将数据信息传输至数据处理器；所述数据处理器与CCD相机连接，用于利用改进相位差方法计算畸变探针光束的相位信息，从而计算得到传输过程中的相位畸变量，并生成相应数据信息传输至波前校正器；所述波前校正器用于修复畸变的信息光束；

步骤二、通过步骤一采集到的光强信息F_x，利用改进相位差方法实现相位重建，进而完成大容量空间光通信链路下的畸变光束校正；所述利用改进相位差方法实现相位重建是按照如下的方式进行：

(1)初始化：设置初始前焦面光场复振幅分布估计值为|g₀|和φ₀分别是未畸变探针光束的幅度与相位分布，j为虚数单位；

(2)前焦面至后焦面的变换：对前焦面光场复振幅分布估计值做傅里叶变换，得到后焦面光场的复振幅分布|G_{F_k}|和θ_{F_k}分别是后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的后焦面光强信息F₀结合，组成新的后焦面光场复振幅分布估计值/> 是畸变探针光束在后焦面的幅度分布；

所述后焦面光场强度信息F₀获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝1，使变焦透镜的焦距f等于s，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在后焦面的光强信息F₀；所述光强是幅度的平方；

(3)后焦面至第一前离焦面的变换：对新的后焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到第一前离焦面光场的复振幅分布估计值/>|G_{1_k}|和θ_{1_k}分别是第一前离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第一前离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第一前离焦面光强信息F₁结合，组成新的第一前离焦面光场复振幅分布估计值/> 是畸变探针光束在第一前离焦面的幅度分布；

所述第一前离焦面光场强度信息F₁获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝0，使变焦透镜的焦距f等于s+d，s为CCD相机与变焦透镜之间的距离，d为离焦量，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第一前离焦面的光强信息F₁；

(4)第一前离焦面至后焦面的变换：对新的第一前离焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，再一次得到后焦面光场的复振幅分布估计值/> 和/>分别是后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与后焦面光强信息F₀结合，组成最新后焦面光场复振幅分布估计值/>

(5)后焦面至第二后离焦面的变换：对上述第(4)步计算得到的后焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到第二后离焦面光场的复振幅分布估计值|G_{2_k}|和θ_{2_k}分别是第二后离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第二后离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第二后离焦面光强信息F₂结合，组成新的第二后离焦面复振幅分布估计值，记为/> 是畸变探针光束在第二后离焦面的幅度分布；

所述第二后离焦面光强信息F₂获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝2，使变焦透镜的焦距f等于s-d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第二后离焦面的光强信息F₂；

(6)第二后离焦面至第N后离焦面的变换：第二后离焦面至第三后离焦面、…、第(N-1)后离焦面至第N后离焦面的光场变换操作与上述第(5)步相似；经过保留相位、替换幅度的操作，最终可得到最新第N后离焦面光场复振幅分布估计值，记为 是畸变探针光束在第N后离焦面的幅度分布；

所述第N后离焦面光强信息F_N获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝N，使变焦透镜的焦距f等于s-(N-1)d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第N后离焦面的光强信息F_N；

(7)第N后离焦面至第二后离焦面的变换：根据最新第N后离焦面光场复振幅分布估计值按下式可计算新的第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值 和/>分别是第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第(N-1)后离焦面光强信息F_(N-1)结合，组成最新第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值，记为/> 是畸变探针光束在第(N-1)后离焦面的幅度分布；以此类推，第(N-1)后离焦面至第(N-2)后离焦面、…、第三后离焦面至第二后离焦面的光场分布估计值计算操作同上，最终可得到最新第二后离焦面光场复振幅分布估计值，记为/>

所述第(N-1)后离焦面光强信息F_(N-1)获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝N-1，使变焦透镜的焦距f等于s-(N-2)d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第N后离焦面的光强信息F_(N-1)；

(8)第二后离焦面至后焦面的变换：对最新第二后离焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到新的后焦面光场复振幅分布估计值/> 和/>分别是新的后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述新的后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，与已知后离焦面光场强度分布F₀结合，组成此次迭代后焦面光场复振幅分布最终估计值/>

(9)后焦面至前焦面的变换：对后焦面光场复振幅分布最终估计值进行傅里叶逆变换，得到前焦面光场分布g_k′(x,y)，并构造下一次迭代所需的前焦面光场复振幅分布估计值为

其中，γ代表光场在空间域的限制区域，在限制区域外认为光场无能量分布，β是反馈系数，式中k为迭代次数；

(10)判断k是否等于M，如果是，则退出迭代过程；若不满足，返回至第(2)步；所述M为设定迭代总次数；

经上述改进相位差方法(1)至(10)的迭代，实现畸变探针光束的高精度相位重建，进而完成大容量空间光通信链路下的畸变光束校正。

有益效果

1、本发明仅需一个变焦透镜，在保持变焦透镜和CCD相机距离不变的情况下通过调整变焦透镜加载电压完成探针光束在后焦面和各个离焦面的光强信息采集，进而利用改进相位差方法对畸变OAM光束实现高精度相位重建，在实现高校正精度的同时大幅度降低自适应光学系统的结构复杂性。

2、本发明提出的改进相位差方法，与传统的相位恢复算法相比，收敛速度更快，校正精度更高，有望应用于自适应光学实时校正领域。

附图说明：

图1为本发明的基于变焦透镜的自适应光学系统结构图。

图2为本发明的基于变焦透镜的自适应光学系统透镜前后光路示意图。

图3为基于改进相位差方法的探针光束相位信息计算流程图。

图4为基于单强度相位恢复算法的AO、基于混合输入输出算法的AO以及基于变焦透镜的AO方案校正性能对比结果图。

图5为单强度相位恢复算法、混合输入输出算法以及本发明提出的改进相位差方法收敛性能对比结果图。

其中，101—解复用器、102—变焦透镜、103—CCD相机、104—数据处理器、105—波前校正器。

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，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法，用于畸变OAM光束的高精度相位重建，进而实现畸变OAM光束校正，提升轨道角动量空间光通信链路性能。如图1所示，自适应光学系统包括解复用器101，变焦透镜102，CCD相机103，数据处理器104以及波前校正器105。所述解复用器用于将接收到的畸变复用光束解复用，透射光为畸变信息光束，反射光为畸变的探针光束；所述变焦透镜置于解复用器的反射光路后方；所述CCD相机置于变焦透镜的后方激光光路中且置于距离变焦透镜距离s的平面处，用于接收畸变探针光束在后焦面及各离焦面的光场强度分布，并将数据信息传输至数据处理器；所述数据处理器与CCD相机连接，用于利用改进相位差方法计算畸变探针光束的相位信息，从而计算得到传输过程中的相位畸变量，并生成相应数据信息传输至波前校正器；所述波前校正器用于修复畸变的信息光束。

图2给出了基于变焦透镜的自适应光学系统透镜前后光路示意图。结合图1的自适应光学系统结构图，保持变焦透镜和CCD相机的距离不变，通过调节变焦透镜的加载电压，实现对光强信息F_x的采集。

图3为基于改进相位差方法的探针光束相位信息计算流程图。通过采集到的光强信息F_x，利用改进相位差方法实现相位重建，进而完成大容量空间光通信链路下的畸变光束校正。现结合图2、3，对利用改进相位差方法重建畸变探针光束相位信息的迭代过程进行说明，具体如下：

(1)初始化：设置初始前焦面光场复振幅分布估计值为|g₀|和φ₀分别是未畸变探针光束的幅度与相位分布，j为虚数单位；

(2)前焦面至后焦面的变换：对前焦面光场复振幅分布估计值做傅里叶变换，得到后焦面光场的复振幅分布|G_{F_k}|和θ_{F_k}分别是后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的后焦面光强信息F₀结合，组成新的后焦面光场复振幅分布估计值/> 是畸变探针光束在后焦面的幅度分布；

所述后焦面光场强度信息F₀获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝1，使变焦透镜的焦距f等于s，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在后焦面的光强信息F₀；所述光强是幅度的平方；

(3)后焦面至第一前离焦面的变换：对新的后焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到第一前离焦面光场的复振幅分布估计值/>|G_{1_k}|和θ_{1_k}分别是第一前离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第一前离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第一前离焦面光强信息F₁结合，组成新的第一前离焦面光场复振幅分布估计值/> 是畸变探针光束在第一前离焦面的幅度分布；

所述第一前离焦面光场强度信息F₁获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝0，使变焦透镜的焦距f等于s+d，s为CCD相机与变焦透镜之间的距离，d为离焦量，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第一前离焦面的光强信息F₁；

(4)第一前离焦面至后焦面的变换：对新的第一前离焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，再一次得到后焦面光场的复振幅分布估计值/> 和/>分别是后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与后焦面光强信息F₀结合，组成最新后焦面光场复振幅分布估计值/>

(5)后焦面至第二后离焦面的变换：对上述第(4)步计算得到的后焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到第二后离焦面光场的复振幅分布估计值|G_{2_k}|和θ_{2_k}分别是第二后离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第二后离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第二后离焦面光强信息F₂结合，组成新的第二后离焦面复振幅分布估计值，记为/> 是畸变探针光束在第二后离焦面的幅度分布；

所述第二后离焦面光强信息F₂获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝2，使变焦透镜的焦距f等于s-d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第二后离焦面的光强信息F₂；

(6)第二后离焦面至第N后离焦面的变换：第二后离焦面至第三后离焦面、…、第(N-1)后离焦面至第N后离焦面的光场变换操作与上述第(5)步相似；经过保留相位、替换幅度的操作，最终可得到最新第N后离焦面光场复振幅分布估计值，记为 是畸变探针光束在第N后离焦面的幅度分布；

所述第N后离焦面光强信息F_N获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝N，使变焦透镜的焦距f等于s-(N-1)d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第N后离焦面的光强信息F_N；

(7)第N后离焦面至第二后离焦面的变换：根据最新第N后离焦面光场复振幅分布估计值按下式可计算新的第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值 和/>分别是第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第(N-1)后离焦面光强信息F_(N-1)结合，组成最新第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值，记为/> 是畸变探针光束在第(N-1)后离焦面的幅度分布；以此类推，第(N-1)后离焦面至第(N-2)后离焦面、…、第三后离焦面至第二后离焦面的光场分布估计值计算操作同上，最终可得到最新第二后离焦面光场复振幅分布估计值，记为/>

所述第(N-1)后离焦面光强信息F_(N-1)获取方式为：调整变焦透镜的加载电压V＝N-1，使变焦透镜的焦距f等于s-(N-2)d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第N后离焦面的光强信息F_(N-1)；

(8)第二后离焦面至后焦面的变换：对最新第二后离焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到新的后焦面光场复振幅分布估计值/> 和/>分别是新的后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述新的后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，与已知后离焦面光场强度分布F₀结合，组成此次迭代后焦面光场复振幅分布最终估计值/>

(9)后焦面至前焦面的变换：对后焦面光场复振幅分布最终估计值进行傅里叶逆变换，得到前焦面光场分布g_k′(x,y)，并构造下一次迭代所需的前焦面光场复振幅分布估计值为

其中，γ代表光场在空间域的限制区域，在限制区域外认为光场无能量分布，β是反馈系数，式中k为迭代次数；

(10)判断k是否等于M，如果是，则退出迭代过程；若不满足，返回至第(2)步；所述M为设定迭代总次数；

经上述改进相位差方法(1)至(10)的迭代，实现畸变探针光束的高精度相位重建，进而完成大容量空间光通信链路下的畸变光束校正。

通过上述改进相位差方法计算畸变探针光束的相位信息，进而计算传输过程中的相位畸变量，最终实现对畸变信息光束的修复。为了分析更加明确，引入基于单强度相位恢复算法的AO(Singe-intensity phase retrieval algorithm-based AO,SPRA AO)、基于混合输入输出算法的AO(Hybrid input output algorithm-based AO,HIOA AO)方案作为对照组。图4给出了SPRA AO、HIOA AO以及基于变焦透镜的AO方案校正性能对比结果。为平滑大气湍流的随机性，图中每一湍流强度对应的模式纯度值均是100次重复性仿真平均后计算得到的结果。3-MPDA代表基于以一个后焦面强度、一个前离焦面强度和一个后离焦面强度为先验信息的改进相位差方法重建探测波束相位的信息。同理，2-MPDA依赖于一个后焦面强度和一个前离焦面强度，利用改进相位差方法重建相位信息。用圆形和星号标记的曲线分别表示2-MPDA AO和3-MPDA AO补偿性能。同样，用正方形和三角形标出的曲线分别代表SPRA AO和HIOA AO的校正性能。用菱形标记的曲线表示无AO补偿的情况。从图4可以看出，首先，无论采用哪种AO技术，都能提高OAM光束的模式纯度，实现OAM光束的校正。其次，HIOA AO和2-MPDA AO的补偿效果相似，而2-MPDA AO方案的系统复杂度明显低于HIOA AO方案。此外，使用3-MPDA AO校正时，OAM光束的模式纯度平均增益为28.3％。在HIOA AO和2-MPDA AO的校正下，模式纯度平均提高20.7％和20.1％。这进一步证实本发明在大容量OAM空间光通信链路自适应校正方法方面的有效性及优越性。

图5给出了SPRA、HIOA以及本发明提出的改进相位差方法收敛性能对比结果图。从图5可以看出，改进相位差方法通过前10次的迭代即可完成模式纯度的迅速提升。此外，我们发现，改进相位差方法在收敛效果上与HIOA的收敛效果相近。从系统结构复杂度的角度看，改进相位差方法所依托的基于变焦透镜的自适应光学系统在系统结构复杂度方面具有更大的优势。因此，无论是从收敛效果还是收敛速度来看，本发明提出的改进相位差具有更好的收敛性能。

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 (2)

1.大容量空间光通信链路下基于变焦透镜的自适应校正方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、采集光强信息F_x

通过自适应光学系统采集光强信息F_x；保持变焦透镜和CCD相机的距离不变，通过调节变焦透镜的加载电压，实现对光强信息F_x的采集；

所述自适应光学系统包括：解复用器，变焦透镜，CCD相机，数据处理器和波前校正器；所述解复用器用于将接收到的畸变复用光束解复用，透射光束为畸变信息光束，反射光束为畸变的探针光束；所述变焦透镜置于解复用器的反射光路后方；所述CCD相机置于变焦透镜的后方激光光路中且置于距离变焦透镜距离s的平面处，用于接收畸变探针光束在后焦面及各离焦面的光场强度分布，并将数据信息传输至数据处理器；所述数据处理器与CCD相机连接，用于利用改进相位差方法计算畸变探针光束的相位信息，从而计算得到传输过程中的相位畸变量，并生成相应数据信息传输至波前校正器；所述波前校正器用于修复畸变的信息光束；

步骤二、通过步骤一采集到的光强信息F_x，利用改进相位差方法实现相位重建，进而完成大容量空间光通信链路下的畸变光束校正；所述利用改进相位差方法实现相位重建是按照如下的方式进行：

(1)初始化：设置初始前焦面光场复振幅分布估计值为|g₀|和φ₀分别是未畸变探针光束的幅度与相位分布，j为虚数单位；

(2)前焦面至后焦面的变换：对前焦面光场复振幅分布估计值做傅里叶变换，得到后焦面光场的复振幅分布和θ_{F_k}分别是后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的后焦面光强信息F₀结合，组成新的后焦面光场复振幅分布估计值/> 是畸变探针光束在后焦面的幅度分布；所述光强信息分布是幅度分布的平方；

(3)后焦面至第一前离焦面的变换：对新的后焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到第一前离焦面光场的复振幅分布估计值/>和θ_{1_k}分别是第一前离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第一前离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第一前离焦面光强信息F₁结合，组成新的第一前离焦面光场复振幅分布估计值/> 是畸变探针光束在第一前离焦面的幅度分布；

(4)第一前离焦面至后焦面的变换：对新的第一前离焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，再一次得到后焦面光场的复振幅分布估计值和/>分别是后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述后焦面光场复振幅分光场复振幅分布估计值/>

(5)后焦面至第二后离焦面的变换：对上述第(4)步计算得到的后焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到第二后离焦面光场的复振幅分布估计值和θ_{2_k}分别是第二后离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第二后离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第二后离焦面光强信息F₂结合，组成新的第二后离焦面复振幅分布估计值，记为/> 是畸变探针光束在第二后离焦面的幅度分布；

(6)第二后离焦面至第N后离焦面的变换：第二后离焦面至第三后离焦面、…、第(N-1)后离焦面至第N后离焦面的光场变换操作与上述第(5)步相似；经过保留相位、替换幅度的操作，最终可得到最新第N后离焦面光场复振幅分布估计值，记为 是畸变探针光束在第N后离焦面的幅度分布；

(7)第N后离焦面至第二后离焦面的变换：根据最新第N后离焦面光场复振幅分布估计值按下式可计算新的第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值和/>分别是第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，将所述相位分布信息与由CCD相机获取的第(N-1)后离焦面光强信息F_(N-1)结合，组成最新第(N-1)后离焦面光场复振幅分布估计值，记为/> 是畸变探针光束在第(N-1)后离焦面的幅度分布；以此类推，第(N-1)后离焦面至第(N-2)后离焦面、…、第三后离焦面至第二后离焦面的光场分布估计值计算操作同上，最终可得到最新第二后离焦面光场复振幅分布估计值，记为/>

(8)第二后离焦面至后焦面的变换：对最新第二后离焦面光场复振幅分布估计值按下式做光场变换，得到新的后焦面光场复振幅分布估计值/>和分别是新的后焦面光场复振幅分布估计值的幅度与相位分布；保留所述新的后焦面光场复振幅分布估计值的相位分布信息，与已知后离焦面光场强度分布F₀结合，组成此次迭代后焦面光场复振幅分布最终估计值/>

(9)后焦面至前焦面的变换：对后焦面光场复振幅分布最终估计值进行傅里叶逆变换，得到前焦面光场分布g_k′(x,y)，并构造下一次迭代所需的前焦面光场复振幅分布估计值为

其中，γ代表光场在空间域的限制区域，在限制区域外认为光场无能量分布，β是反馈系数，式中k为迭代次数；

(10)判断k是否等于M，如果是，则退出迭代过程；若不满足，返回至第(2)步；所述M为设定迭代总次数；

经上述改进相位差方法(1)至(10)的迭代，实现畸变探针光束的相位重建，进而完成得到相位重建，进而完成大容量空间光通信链路下的畸变光束校正。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述通过调节变焦透镜的加载电压，实现对光强信息F_x的采集按照如下方式进行：

调整变焦透镜的加载电压V＝0，使变焦透镜的焦距f等于s+d，s为CCD相机与变焦透镜之间的距离，d为离焦量，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第一前离焦面的光强信息F₁；

调整变焦透镜的加载电压V＝1，使变焦透镜的焦距f等于s，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在后焦面的光强信息F₀；

调整变焦透镜的加载电压V＝2，使变焦透镜的焦距f等于s-d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第二后离焦面的光强信息F₂；

以此类推，调整变焦透镜的加载电压V＝N-1，使变焦透镜的焦距f等于s-(N-2)d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第(N-1)后离焦面的光强信息F_(N-1)；

调整变焦透镜的加载电压V＝N，使变焦透镜的焦距f等于s-(N-1)d，此时CCD相机采集到的光强信息为畸变探针光束在第N后离焦面的光强信息F_N。