一種適用于自由空間光通信的空分復用系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于自由空間光通信的空分復用系統，包括發送端設備以及與發送端設備之間通過自由空間進行通信的接收端設備；發送端設備包括第一傅里葉變換透鏡、光合波器和n個第一空間光調制器；接收端設備包括：依次設置的第二傅里葉變換透鏡、第二空間光調制器和第三傅里葉變換透鏡；空間光調制器給信號光束附加一個空間相位因子，第一空間光調制器用作信號的調制器，第二空間光調制器用作信號的解調器，光合波器使多個信道合在一起傳輸，傅里葉變換透鏡對光場做空間傅里葉變換，使得后焦面輸出光場是前焦面輸入光場的傅里葉變換形式。本發明結構簡單、成本較低、容易實現，從另一維度提高了光通信容量。
【專利說明】ー種適用于自由空間光通信的空分復用系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光通信【技術領域】，更具體地，涉及ー種適用于自由空間光通信的空分復用系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息產業的飛速發展，人們對信息的需求量急劇增加，傳統的光通信難以滿足現在的需求，因此必須在原來的通信系統上增加新的維度，比如頻分復用、時分復用、波分復用、碼分復用、偏振復用，正交幅度調制等等，以及還沒有進入實用化階段的空分復用。光纖中的空分復用主要有模式復用和多芯光纖復用。同樣這些復用技術也被引入自由空間光通信，以便增加在自由空間傳輸的通信容量。
[0003]在自由空間中軌道角動量復用技術和傳統復用技術的混合使用，通信速度達到了Tbit s—1，軌道角動量復用是通過空間光調制器或者其他衍射光學元件來給光束提供ー個角向的空間相位調制，使光場乘以ー個螺旋相位因子exp Ul1Qhl1*調制參數，稱作拓撲荷數，如果為0，那么光強呈斑點分布，否則為ー個中心凹陷的環形分布。不同的拓撲荷數對應不同的復用信道，在接收端只需消除目標信道的螺旋相位，就可以在光軸中心用空間濾波的方法提取信道。
[0004]雖然理論上軌道角動量復用信道可以達到無窮多，但實際信道間的串擾等因素使得復用信道數仍然有限，為了進一步擴展通信容量，新的空分復用技術仍然有必要開發和挖掘，而至今并無新的空分復用手段和方法被報道和公開。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了ー種適用于自由空間光通信的空分復用系統，其目的在于擴展通信容量。
[0006]為實現上述目的，按照本發明的ー個方面，提供了ー種適用于自由空間光通信的空分復用系統，包括發送端設備以及與所述發送端設備之間通過自由空間進行通信的接收端設備；所述發送端設備包括第一傅里葉變換透鏡、光合波器和n個第一空間光調制器；n為大于或等于2的整數；n個第一空間光調制器用于對n路輸入光場進行調制，輸出n路附加有不同參數的空間相位因子的光場；光合波器用于對n個第一空間光調制器輸出的n路光場進行合波處理，輸出一路光場；第一傅里葉變換透鏡用于對所述光合波器輸出的光場進行空間傅里葉變換并輸出角譜域光場；所述接收端設備包括:依次設置的第二傅里葉變換透鏡、第二空間光調制器和第三傅里葉變換透鏡；第二傅里葉變換透鏡用于將所述第一傅里葉變換透鏡輸出的角譜域光場進行空間傅里葉變換并輸出空間域光場；第二空間光調制器用于對所述空間域光場進行解調，消除目標信道的空間相位因子后輸出；第三傅里葉變換透鏡用于對第二空間光調制器的輸出進行空間傅里葉變換，輸出分離后的光場。
[0007]更進一歩地，所述第一空間光調制器和所述第二空間光調制器的調制函數為expUaf), (r, 0 )為極坐標,j =a1為徑向調制參數。[0008]更進一歩地，所述第一空間光調制器和所述第二空間光調制器的調制函數為exp(ja1r)exp(jl1 0 ), (r, 0)為極坐標,
【權利要求】
1.ー種適用于自由空間光通信的空分復用系統，其特征在于，包括發送端設備以及與所述發送端設備之間通過自由空間進行通信的接收端設備；所述發送端設備包括第一傅里葉變換透鏡(3)、光合波器(2)和n個第一空間光調制器(I)，n為大于或等于2的整數；n個第一空間光調制器(I)用于對n路輸入光場進行調制，輸出n路附加有不同參數的空間相位因子的光場；光合波器(2)用于對n個第一空間光調制器(I)輸出的n路光場進行合波處理，輸出一路光場；第一傅里葉變換透鏡(3)用于對所述光合波器(2)輸出的光場進行空間傅里葉變換并輸出角譜域光場； 所述接收端設備包括:依次設置的第二傅里葉變換透鏡(4)、第二空間光調制器(5)和第三傅里葉變換透鏡￠);第二傅里葉變換透鏡(4)用于將所述第一傅里葉變換透鏡(3)輸出的角譜域光場進行空間傅里葉變換并輸出空間域光場；第二空間光調制器(5)用于對所述空間域光場進行解調，消除目標信道的空間相位因子后輸出；第三傅里葉變換透鏡(6)用于對第二空間光調制器(5)的輸出進行空間傅里葉變換，輸出分離后的光場。
2.如權利要求1所述的空分復用系統，其特征在于，所述第一空間光調制器(I)和所述第二空間光調制器(5)的調制函數為exp(jair)，(r, 0)為極坐標　，ち為徑向調制參數。
3.如權利要求1所述的空分復用系統，其特征在于，所述第一空間光調制器(I)和所述第二空間光調制器(5)的調制函數為exp (Jair)expUl1 0)，(r, 0)為極坐標,7‘ = aPI，B1, I1分別為徑向和角向調制參數。
4.如權利要求3所述的空分復用系統，其特征在于，所述空分復用系統的通信容量提高的倍數是所述徑向參數&的個數與所述角向參數I1的個數的乘積。
5.如權利要求1-4任一項所述的空分復用系統，其特征在于，所述第一傅里葉變換透鏡(3)、第二傅里葉變換透鏡(4)和第三傅里葉變換透鏡￠)的焦距相等。
6.如權利要求1所述的空分復用系統，其特征在于，所述第一空間光調制器(I)和所述第二空間光調制器(5)均可以由照相膠片或衍射光學元件替代。
7.ー種適用于自由空間光通信的空分復用方法，其特征在于，包括下述步驟: 51:對n路輸入光場進行調制，輸出n路附加有不同參數的空間相位因子的光場； 52:對n路附加有不同參數的空間相位因子的光場進行合波處理，輸出一路光場； 53:對所述一路光場進行空間傅里葉變換并輸出角譜域光場；54:將在自由空間傳輸的角譜域光場進行空間傅里葉變換并輸出空間域光場； 55:對所述空間域光場進行解調，消除目標信道的空間相位因子后輸出； 56:對步驟S5的輸出進行空間傅里葉變換，輸出分離后的光場；n為大于或等于2的整數。
8.如權利要求7所述的空分復用方法，其特征在于，在步驟SI中，通過調制函數exp (ja)或exp (ja) exp (Jl1 0 )對n路輸入光場進行調制，(r, 0 )為極坐標,j = V-TjB1, I1分別為徑向和角向調制參數。
9.如權利要求7所述的空分復用方法，其特征在于，在步驟S5中，通過調制函數expUaf)或exp Ua1IOexp Ul1 0 )對所述空間域光場進行解調，(r, 0)為極坐標，j = VzI, B1, I1分別為徑向和角向調制參數。
【文檔編號】H04L1/06GK103457659SQ201310369509
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】董建績, 周海龍, 張新亮, 施雷 申請人:華中科技大學