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专利号: 202110080171X
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于全息图的多信道轨道角动量编解码方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:数据划分

将需发送的二进制数据,划分成16比特一组;

步骤2:数据编码

根据编码规则,4比特数据表示成16个16进制符号0‑F,而每1个16进制符号编码成16种OAM模式中的1种;

步骤3:产生编码全息图;

步骤4:数据传输

根据每一组传输的16比特数据,预先产生相应的编码全息图;

步骤5:数据解调

为了解调每个信道高达16种OAM模式的涡旋光束,设计一种4×4阵列的达曼涡旋光栅全息图,支持上述16种OAM模式的解调。

2.根据权利要求1所述的基于全息图的多信道轨道角动量编解码方法,其特征在于,所述的步骤1中,每组16比特数据又划分成4比特长的4个小组,4个小组分别表示第1‑4信道,其数据内容表示该信道需传输的数据。

3.根据权利要求1所述的基于全息图的多信道轨道角动量编解码方法,其特征在于,所述的步骤2中,16种OAM模式包括:OAM+1‑OAM+8和OAM‑1‑OAM‑8,它们对应原始数据为“0000”‑“1111”。

4.根据权利要求1所述的基于全息图的多信道轨道角动量编解码方法,其特征在于,所述的步骤3中,根据光学衍射理论,关于OAM模式和衍射阶的多信道OAM编码的数字全息图表示为,

其中符号C表示光的衍射阶,x表示笛卡尔坐标系中的X轴,i表示虚数,Rc表示C阶的光栅常数,bc表示C阶模式场系数,进一步表示为,bc=|bc|exp[i(σc+lcθ)]                  (2)其中θ=arctan(y/x);|bc|,σc和lc分别表示C阶模式场系数的幅度,初始相位和OAM的拓扑电荷值(TC);上述的lc在不同的C阶被独立地设定为相同的或者不同OAM值,表明构建的多信道之间的独立性;此外,根据光栅方程,C阶场的衍射角表示为,其中λ表示光的波长;通过合理地设置参数RC的值,C阶衍射方向调整为不同的方向,从而进一步地控制信道的传输方向;根据上述光场衍射理论的描述,通过合适地设定上述参数,等式(1)产生包含4个独立信道的复杂全息图;当传输16比特长的数据“1010_0101_

1100_0011”时,其被编码为全息图,实现四个信道分别传输OAM+3,OAM‑5,OAM+6和OAM‑3模式。

5.根据权利要求1所述的基于全息图的多信道轨道角动量编解码方法,其特征在于,所述的步骤4中,根据一定的数据发送频率,装载生成的编码全息图到空间光调制器,将入射的高斯光束转化4通道的OAM模式,从而实现基于基于全息图和OAM编/解码的多信道数据传输方法;当传输16比特长的数据(“1010_0101_1100_0011”)时,红外摄像机捕获到接收侧信道1‑4的光场能量剖面图。

6.根据权利要求1所述的基于全息图的多信道轨道角动量编解码方法,其特征在于,所述的步骤5中,根据上述的4×4DVG,当一束高斯光束,LP01或者lc=0,照射到装载4×4DVG的SLM时,高斯光束的能量被均匀地分布到4×4阵列的每个坐标空间中且高斯光束的TC值发生相应的衍射阶偏移,其中衍射阶的值与坐标的编号是一致的。

7.根据权利要求6所述的基于全息图的多信道轨道角动量编解码方法,其特征在于,所述的步骤5具体为,携带lc=0的高斯光束照射4×4DVG后,形成4×4的光场强度剖面阵列,形成位于16个坐标中的不同TC的16种OAM模式光,它们的TC值等于它们的坐标序号;反之,当一束携带lc=4的OAM光束照射4×4DVG时,OAM光束在4×4阵列的16坐标空间中发生相应衍射阶的TC值偏移,编号为+8~+1和‑1~‑8个坐标中的OAM光束的TC值分别为12~5和3~‑

8;在‑4坐标中,一个亮点状的光束出现在坐标中间,其表示为携带lc=0的高斯光束;通过这样的方法,观察高斯光束亮点出现的坐标编号n,判断出入射的OAM光束的TC值为‑n,从而实现OAM模式的识别、解调、译码功能。