一種適用于自由空間光通信的空分復(fù)用系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于自由空間光通信的空分復(fù)用系統(tǒng)，包括發(fā)送端設(shè)備以及與發(fā)送端設(shè)備之間通過自由空間進(jìn)行通信的接收端設(shè)備；發(fā)送端設(shè)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(diào)制器；接收端設(shè)備包括：依次設(shè)置的第二傅里葉變換透鏡、第二空間光調(diào)制器和第三傅里葉變換透鏡；空間光調(diào)制器給信號光束附加一個空間相位因子，第一空間光調(diào)制器用作信號的調(diào)制器，第二空間光調(diào)制器用作信號的解調(diào)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(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、容易實(shí)現(xiàn)，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(fù)用系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及ー種適用于自由空間光通信的空分復(fù)用系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人們對信息的需求量急劇增加，傳統(tǒng)的光通信難以滿足現(xiàn)在的需求，因此必須在原來的通信系統(tǒng)上增加新的維度，比如頻分復(fù)用、時分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用、偏振復(fù)用，正交幅度調(diào)制等等，以及還沒有進(jìn)入實(shí)用化階段的空分復(fù)用。光纖中的空分復(fù)用主要有模式復(fù)用和多芯光纖復(fù)用。同樣這些復(fù)用技術(shù)也被引入自由空間光通信，以便增加在自由空間傳輸?shù)耐ㄐ湃萘俊?br> [0003]在自由空間中軌道角動量復(fù)用技術(shù)和傳統(tǒng)復(fù)用技術(shù)的混合使用，通信速度達(dá)到了Tbit s—1，軌道角動量復(fù)用是通過空間光調(diào)制器或者其他衍射光學(xué)元件來給光束提供ー個角向的空間相位調(diào)制，使光場乘以ー個螺旋相位因子exp Ul1Qhl1*調(diào)制參數(shù)，稱作拓?fù)浜蓴?shù)，如果為0，那么光強(qiáng)呈斑點(diǎn)分布，否則為ー個中心凹陷的環(huán)形分布。不同的拓?fù)浜蓴?shù)對應(yīng)不同的復(fù)用信道，在接收端只需消除目標(biāo)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(fù)用信道可以達(dá)到無窮多，但實(shí)際信道間的串?dāng)_等因素使得復(fù)用信道數(shù)仍然有限，為了進(jìn)一步擴(kuò)展通信容量，新的空分復(fù)用技術(shù)仍然有必要開發(fā)和挖掘，而至今并無新的空分復(fù)用手段和方法被報道和公開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了ー種適用于自由空間光通信的空分復(fù)用系統(tǒng)，其目的在于擴(kuò)展通信容量。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)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(fù)用系統(tǒng)，包括發(fā)送端設(shè)備以及與所述發(fā)送端設(shè)備之間通過自由空間進(jìn)行通信的接收端設(shè)備；所述發(fā)送端設(shè)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(diào)制器；n為大于或等于2的整數(shù)；n個第一空間光調(diào)制器用于對n路輸入光場進(jìn)行調(diào)制，輸出n路附加有不同參數(shù)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(diào)制器輸出的n路光場進(jìn)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(jìn)行空間傅里葉變換并輸出角譜域光場；所述接收端設(shè)備包括:依次設(shè)置的第二傅里葉變換透鏡、第二空間光調(diào)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(jìn)行空間傅里葉變換并輸出空間域光場；第二空間光調(diào)制器用于對所述空間域光場進(jìn)行解調(diào)，消除目標(biāo)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(diào)制器的輸出進(jìn)行空間傅里葉變換，輸出分離后的光場。
[0007]更進(jìn)一歩地，所述第一空間光調(diào)制器和所述第二空間光調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)為expUaf), (r, 0 )為極坐標(biāo),j =a1為徑向調(diào)制參數(shù)。[0008]更進(jìn)一歩地，所述第一空間光調(diào)制器和所述第二空間光調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)為exp(ja1r)exp(jl1 0 ), (r, 0)為極坐標(biāo),
【權(quán)利要求】
1.ー種適用于自由空間光通信的空分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)送端設(shè)備以及與所述發(fā)送端設(shè)備之間通過自由空間進(jìn)行通信的接收端設(shè)備；所述發(fā)送端設(shè)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(diào)制器(I)，n為大于或等于2的整數(shù)；n個第一空間光調(diào)制器(I)用于對n路輸入光場進(jìn)行調(diào)制，輸出n路附加有不同參數(shù)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(diào)制器(I)輸出的n路光場進(jìn)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(jìn)行空間傅里葉變換并輸出角譜域光場； 所述接收端設(shè)備包括:依次設(shè)置的第二傅里葉變換透鏡(4)、第二空間光調(diào)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(jìn)行空間傅里葉變換并輸出空間域光場；第二空間光調(diào)制器(5)用于對所述空間域光場進(jìn)行解調(diào)，消除目標(biāo)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(diào)制器(5)的輸出進(jìn)行空間傅里葉變換，輸出分離后的光場。
2.如權(quán)利要求1所述的空分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述第一空間光調(diào)制器(I)和所述第二空間光調(diào)制器(5)的調(diào)制函數(shù)為exp(jair)，(r, 0)為極坐標(biāo)　，ち為徑向調(diào)制參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的空分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述第一空間光調(diào)制器(I)和所述第二空間光調(diào)制器(5)的調(diào)制函數(shù)為exp (Jair)expUl1 0)，(r, 0)為極坐標(biāo),7‘ = aPI，B1, I1分別為徑向和角向調(diào)制參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的空分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述空分復(fù)用系統(tǒng)的通信容量提高的倍數(shù)是所述徑向參數(shù)&的個數(shù)與所述角向參數(shù)I1的個數(shù)的乘積。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的空分復(fù)用系統(tǒng)，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(quán)利要求1所述的空分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述第一空間光調(diào)制器(I)和所述第二空間光調(diào)制器(5)均可以由照相膠片或衍射光學(xué)元件替代。
7.ー種適用于自由空間光通信的空分復(fù)用方法，其特征在于，包括下述步驟: 51:對n路輸入光場進(jìn)行調(diào)制，輸出n路附加有不同參數(shù)的空間相位因子的光場； 52:對n路附加有不同參數(shù)的空間相位因子的光場進(jìn)行合波處理，輸出一路光場； 53:對所述一路光場進(jìn)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?shù)慕亲V域光場進(jìn)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(jìn)行解調(diào)，消除目標(biāo)信道的空間相位因子后輸出； 56:對步驟S5的輸出進(jìn)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(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的空分復(fù)用方法，其特征在于，在步驟SI中，通過調(diào)制函數(shù)exp (ja)或exp (ja) exp (Jl1 0 )對n路輸入光場進(jìn)行調(diào)制，(r, 0 )為極坐標(biāo),j = V-TjB1, I1分別為徑向和角向調(diào)制參數(shù)。
9.如權(quán)利要求7所述的空分復(fù)用方法，其特征在于，在步驟S5中，通過調(diào)制函數(shù)expUaf)或exp Ua1IOexp Ul1 0 )對所述空間域光場進(jìn)行解調(diào)，(r, 0)為極坐標(biāo)，j = VzI, B1, I1分別為徑向和角向調(diào)制參數(shù)。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】董建績, 周海龍, 張新亮, 施雷 申請人:華中科技大學(xué)