CN114675416B - 一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法 - Google Patents
一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114675416B CN114675416B CN202210319912.XA CN202210319912A CN114675416B CN 114675416 B CN114675416 B CN 114675416B CN 202210319912 A CN202210319912 A CN 202210319912A CN 114675416 B CN114675416 B CN 114675416B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- disturbance
- mode
- multimode
- turbulence
- vortex light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000010474 transient expression Effects 0.000 claims description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 3
- 230000005428 wave function Effects 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 10
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法。该方法利用计算机对激光进行调制,对单模涡旋光引入扭曲扰动,再构造大量具有不同扰动中心的离轴单模涡旋光束,使它们通过非相干叠加形成扭曲扰动的单模高阶涡旋光场,最后非相干叠加若干个具有扭曲扰动的单模高阶涡旋光场,形成多模高阶涡旋光场,将多个瞬时场在时间轴上进行非相干叠加,得到具有抗湍流扰动的多模高阶涡旋光。该方法装置简单,易于调制,在光通信等领域具有应用价值。
Description
技术领域
本发明公开了一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法,属于光信息调控领域。
背景技术
涡旋光是一种相位波前沿轴向涡旋旋转的光束,它的特点是光线按螺旋形一样绕着其行进轴扭曲,由于扭曲,轴上的光波本身相互抵消,当它投射到平面时,看起来像一个光环,中心有一个黑洞,所以涡旋光又被称为螺旋光束或光子涡旋。涡旋光可以利用其轨道角动量可以对信息进行编码与传输,还可以有效的提高通信的信道容量,并应用于光学捕获、量子通信等领域。其中,自由空间的涡旋光通信具有极大应用前景。
自由空间光通信的大范围推广,要求涡旋光具有抗湍流能力。研究表明,多模高阶涡旋光比单模高阶涡旋光的抗湍流能力强,而非相干叠加的高阶涡旋光比相干叠加的高阶涡旋光抗湍流能力强。因此,高效可控地产生非相干叠加的多模高阶涡旋光,是实现自由空间光通信的迫切要求之一。
扭曲相位是部分相干光束所特有的一种相位,它开辟了部分相干光相位调控研究的新方向。在扭曲相位的作用下,部分相干光束呈现出新的光学统计特性并在光束整形、微粒捕获、光学成像、自由空间光通信等领域有着潜在的应用价值。扭曲相位可以产生经典纠缠态,用于空间光通信在大气湍流中传输中的模式识别的提升。具有扭曲相位的光束抗湍流能力强,光信号稳定,因此被应用于湍流大气环境的光信息传递和光学成像。
虽然目前已经有许多产生抗湍流光束的方法,但这些方法主要针对相干叠加的方式来设计,其产生的光场相干性强,容易产生散斑,从而破坏光场的空间信息结构。采用非相干叠加的方式来调控光场,可以避免以上问题,但是高效可控地非相干叠加技术在多模高阶涡旋光合成中的应用仍然是目前的瓶颈问题,这严重影响了自由空间光通信领域的发展。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足,提供一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法。本发明利用扭曲扰动系统产生非相干叠加的多模高阶涡旋光,该光束具有抗湍流扰动的能力。本发明所利用的光学器件少且布局简单。
实现本发明目的的技术方案是提供一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法,包括以下步骤:
(1)产生单模涡旋光束,其波函数可以表示为U(x,y,L),其中L为拓扑荷数;x,y为光场中任意空间点的坐标;利用漂移扰动,对该单模涡旋光束引入扭曲扰动,扰动表达式为:
其中μ0为扭曲因子;α是一个常数;(aj,bi)为扰动中心坐标;下标j为扰动中心的编号;
(2)构造大量具有不同扰动中心的离轴涡旋子光束U(x-ai,y-bi,L);控制该子光束的附加相位,使它们通过非相干叠加形成扭曲扰动的单模高阶涡旋光场Ek(x,y,L),其瞬时表达式为:
其中N为子光束阵列的数量;φj为附加相位,其值在0~2π之间随机分布;下标k为该时刻编号;
(3)非相干叠加用若干个具有扭曲扰动的单模高阶涡旋光场,形成多模高阶涡旋光光场Ek(x,y),其瞬时表达式为:
Ek(x,y)=Ek(x,y,L1)+Ek(x,y,L2)+…+Ek(x,y,Ln)
其中L1,L2……Ln为不同的拓扑荷数;
(4)将多个瞬时场Ek(x,y)在时间轴上进行非相干叠加,得到具有抗湍流扰动的多模高阶涡旋光:E(x,y)=∑kexp(iθk)Ek(x,y),其中θk是随机相位。
由于上述技术方案的运用,本发明与现有的技术相比具有以下优点:
1、本发明利用了高阶模式的涡旋光,比低阶模式所传输的信息量大。
2、本发明利用多模叠加模式,可调控程度大,有利于控制所需要的光。
3、非相干叠加的多模高阶涡旋光的抗湍流能力比普通的涡旋光要强,加载了扭曲相位后该光束的抗湍流能力进一步提高,可以达到更好的抗湍流效果,并且有低闪烁性。
4、本发明所采用的装置光路结构简单,易于调整,制造成本低,容易实现,在光通信等领域具有应用价值。
5、不需要借助其他特殊的光学元件,装置稳定性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法的结构示意图;
图中,1:激光器;2:空间光调制器;3:计算机;4:功率计。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详尽说明,以下实施例是对本发明的解释,也是本发明较好的应用形式,但本发明并不局限于以下实施例。
附图1所示,它是本实施例提供的一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法结构示意图,它包括激光器1、空间光调制器2、计算机3、功率计4。结合附图1,本实施例的工作步骤如下:
1、打开激光器1,激光进入空间光调制器2上,用计算机3对空间光调制器2进行调制:
(1)产生单模涡旋光束,其波函数可以表示为U(x,y,L),其中L为拓扑荷数;x,y为光场中任意空间点的坐标;利用漂移扰动,对该单模涡旋光束引入扭曲扰动,扰动表达式为:
其中μ0为扭曲因子;α是一个常数;(aj,bj)为扰动中心坐标;下标j为扰动中心的编号;
(2)构造大量具有不同扰动中心的离轴单模涡旋光束U(x-ai,y-bi,L);控制该子光束的附加相位,使它们通过非相干叠加形成扭曲扰动的单模高阶涡旋光场Ek(x,y,L),其瞬时表达式为:
其中N为子光束阵列的数量;φj为附加相位,其值在0~2π之间随机分布;下标k为该时刻编号;
(3)非相干叠加若干个具有扭曲扰动的单模高阶涡旋光场,形成多模高阶涡旋光光场Ek(x,y),其瞬时表达式为:
Ek(xLy)=Ek(x,y,L1)+Ek(xLy,L2)+…+Ek(x,y,Ln)
其中L1,L2……Ln为不同的拓扑荷数;
(4)将多个瞬时场Ek(x,y)在时间轴上进行非相干叠加,得到具有抗湍流扰动的多模高阶涡旋光:E(x,y)=∑kexp(iθk)Ek(x,y),其中θk是随机相位。
2、从空间光调制器出射的光即为具有抗湍流效果的多模高阶涡旋光E(x,y),该涡旋光具有较好的抗湍流能力;让该涡旋光经过湍流系统并用功率计4测量其闪烁指数,检验其抗湍流性能。
Claims (1)
1.一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法,其特征包括以下步骤:
(A)产生单模涡旋光束,其波函数可以表示为U(x,y,L),其中L为拓扑荷数;x,y为光场中任意空间点的坐标;利用漂移扰动,对该单模涡旋光束引入扭曲扰动,扰动表达式为:
其中μ0为扭曲因子;α是一个常数;(aj,bj)为扰动中心坐标;下标j为扰动中心的编号;
(B)构造大量具有不同扰动中心的离轴单模涡旋光束U(x-ai,y-bi,L);控制该子光束的附加相位,使它们通过非相干叠加形成扭曲扰动的单模高阶涡旋光场Ek(x,y,L),其瞬时表达式为:
其中N为子光束阵列的数量;φj为附加相位,其值在0~2π之间随机分布;下标k为该时刻编号;
(C)非相干叠加若干个具有扭曲扰动的单模高阶涡旋光场,形成多模高阶涡旋光光场Ek(x,y),其瞬时表达式为:
Ek(x,y)=Ek(x,y,L1)+Ek(x,y,L2)+…+Ek(x,y,Ln)
其中L1,L2……Ln为不同的拓扑荷数;
(D)将多个瞬时场Ek(x,y)在时间轴上进行非相干叠加,得到具有抗湍流扰动的多模高阶涡旋光:E(x,y)=∑kexp(iθk)Ek(x,y),其中θk是随机相位。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210319912.XA CN114675416B (zh) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | 一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210319912.XA CN114675416B (zh) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | 一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114675416A CN114675416A (zh) | 2022-06-28 |
CN114675416B true CN114675416B (zh) | 2023-12-29 |
Family
ID=82076625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210319912.XA Active CN114675416B (zh) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | 一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114675416B (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105866969A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-08-17 | 北京应用物理与计算数学研究所 | 一种基于光梯的提高激光远场光斑均匀性的方法 |
CN207587399U (zh) * | 2017-12-04 | 2018-07-06 | 中国计量大学 | 一种利用相干激光阵列产生光学涡旋的装置 |
CN109884792A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-14 | 中国计量大学 | 一种利用非相干激光阵列产生多模复合型关联涡旋的方法 |
CN111985320A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-11-24 | 深圳技术大学 | 一种基于前馈神经网络的多模涡旋光束模态识别系统 |
WO2021174476A1 (zh) * | 2020-03-05 | 2021-09-10 | 深圳大学 | 聚焦涡旋光发生器及其制备方法 |
CN113888418A (zh) * | 2021-09-22 | 2022-01-04 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种基于深度多分支补偿网络的涡旋光波前畸变校正方法 |
CN114090957A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-02-25 | 中国计量大学 | 一种利用非均匀扰动控制随机光束轨道角动量的方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9006633B2 (en) * | 2012-11-02 | 2015-04-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Passive imaging correction system using feedback including a variable aperture with plural settings and method thereof |
US10587345B2 (en) * | 2018-06-26 | 2020-03-10 | University Of South Florida | Measurement apparatus of vectorial optical fields |
-
2022
- 2022-03-29 CN CN202210319912.XA patent/CN114675416B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105866969A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-08-17 | 北京应用物理与计算数学研究所 | 一种基于光梯的提高激光远场光斑均匀性的方法 |
CN207587399U (zh) * | 2017-12-04 | 2018-07-06 | 中国计量大学 | 一种利用相干激光阵列产生光学涡旋的装置 |
CN109884792A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-14 | 中国计量大学 | 一种利用非相干激光阵列产生多模复合型关联涡旋的方法 |
WO2021174476A1 (zh) * | 2020-03-05 | 2021-09-10 | 深圳大学 | 聚焦涡旋光发生器及其制备方法 |
CN111985320A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-11-24 | 深圳技术大学 | 一种基于前馈神经网络的多模涡旋光束模态识别系统 |
CN113888418A (zh) * | 2021-09-22 | 2022-01-04 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种基于深度多分支补偿网络的涡旋光波前畸变校正方法 |
CN114090957A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-02-25 | 中国计量大学 | 一种利用非均匀扰动控制随机光束轨道角动量的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
涡旋光波前畸变校正实验研究;柯熙政;王夏尧;;光学学报(03);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114675416A (zh) | 2022-06-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nienhuis et al. | Paraxial wave optics and harmonic oscillators | |
Babarit | On the park effect in arrays of oscillating wave energy converters | |
CN113960813B (zh) | 一种具有鲁棒性的高阶庞加莱球偏振态产生方法及系统 | |
CN112508185B (zh) | 基于衍射深度神经网络的光学轨道角动量模式光学系统 | |
CN111856766B (zh) | 抑制湍流效应的自聚焦涡旋光束产生方法 | |
He et al. | Detecting orbital angular momentum modes of vortex beams using feed-forward neural network | |
Cao et al. | Machine learning based accurate recognition of fractional optical vortex modes in atmospheric environment | |
CN114675416B (zh) | 一种利用扭曲扰动产生抗湍流扰动的多模高阶涡旋光的方法 | |
Li et al. | High-efficiency anti-interference OAM-FSO communication system based on Phase compression and improved CNN | |
Zhang et al. | Propagation of a radially polarized partially coherent rotating elliptical cosine-Gaussian beam with vortices in anisotropic turbulence | |
Guo et al. | Distortion compensation for orbital angular momentum beams: from probing to deep learning | |
CN110444903A (zh) | 基于多环阵列的低副瓣涡旋波束产生方法 | |
CN104808272B (zh) | 产生完美涡旋阵列的二维编码相位光栅 | |
CN109884792B (zh) | 一种利用非相干激光阵列产生多模复合型关联涡旋的方法 | |
Xu et al. | Crosstalk probability of the bandwidth-limited orbital angular momentum mode of Bessel Gaussian beams in marine-atmosphere turbulence | |
Ma | Signal detection of large scale MIMO physical layer space optical communication system based on genetic algorithm | |
Guo et al. | Intense vortical-field generation using coherent superposition of multiple vortex beams | |
Ma et al. | Orbital angular momentum underwater wireless optical communication system based on convolutional neural network | |
CN113504642A (zh) | 一种具有多中空的紧聚焦光场分布构造方法 | |
Yang et al. | Formation of Alfvén wave ducts by magnetotail flow bursts | |
CN107015415B (zh) | 一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置 | |
Feng et al. | Combined projective synchronization for a class of time-delayed hyperchaotic systems via active control | |
Wang et al. | Optimization of wireless optical communication using perfect vortex beam | |
CN110244455A (zh) | 实现多路涡旋光的面阵构建方法、装置、系统及面阵 | |
Wan et al. | Divergence-degenerate spatial multiplexing towards higher-dimensional optical communications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |