光信号调制方法及装置、光信号解调方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光信号处理技术领域，特别是涉及一种光信号调制方法及装置、光信号解调方法及装置。
【背景技术】
[0002]光学漩涡，正如自然界中其他常见宏观漩涡一样，具有明显的涡旋现象。而光作为电磁波的一种，光学涡旋作为一种特殊光场既具有螺旋形的波前特征，即以传播方向为轴进行螺旋方式传播，又同时具有电磁波的特点。随着信息化时代的发展，人们对信息传输的要求越来越高，而激光由于其良好的相干性、方向性和极高的频率，成为优秀的信息载体。但是光的频谱资源始终是有限的，过宽的光谱频带对光束的产生、发送和接收等单元的要求也更为苛刻。因此，寻求新的方式来提高光信息的传输密度成为一个重要问题。
[0003]涡旋光束中的光子具有方位角相关的位相项eXp(il Φ)，其中，I定义为光束的拓扑荷(topological charge，TC)，理论上可以取任意数，一般来讲是取整数；Φ为空间方位角。这种具有涡旋波前的光束被称为光子角动量极化的光信号，并且，由于光子角动量极化的光信号的无限本征态，使得其携带信息的能力极其强大，因此，在自由光空间中(泛指大气、外太空、真空以及不同于光纤或光缆等固态介质的光传输媒介)使用光子角动量极化的光束通信已是潮流所在。当今光子角动量极化的光束在自由空间的应用可以分为两部分，使用光子角动量极化的光束进行编码，将光子角动量极化的光束作为通信载波。
[0004]当光子角动量极化的光束作为通信载波时，光子角动量极化的光束仅仅作为信息的载体，而数据信息是通过多路光源的开关调制来加载的。在以往的实验或是仿真中利用不同的光子角动量极化的光束状态实现自由空间的多路光信号复用。其中，通过将信号载入具有不同整数拓扑荷值的光子角动量极化的光束之中，再进行光束的叠加，采用不同拓扑荷值的光子角动量极化的光束具有正交性的特点确保传输时具有较小的串扰。
[0005]现有技术中，利用整数拓扑荷值的光子角动量极化的光束作为信息载体，通过这种载波加载信号，在无线光通信系统中调制解调。但是，光子角动量极化的光束理论上讲具有无限本征态，而现有只利用了整数拓扑荷值的光子角动量极化的光束，在加载信号维度上或是精准度上都有所欠缺，不能完全利用光子角动量极化的优点，因此有待改进。
【发明内容】
[0006]本发明实施例的目的在于提供一种光信号调制方法及装置、光信号解调方法及装置，以在无线光通信系统中通过非整数拓扑荷值的光子角动量极化的光束作为载波，提高频谱利用率，从而进一步提高光子角动量极化的优点的利用率。具体技术方案如下:
[0007]第一方面，本发明实施例提供了一种光信号调制解调方法，包括:
[0008]采用激光器产生目标光束；
[0009]利用分光器将所述目标光束分为第一光束、第二光束、第三光束和第四光束；
[0010]利用第一调制器为第一光束载入第一待调制信号，以形成第一光信号，且利用第二调制器为第二光束载入第二待调制信号，以形成第二光信号；
[0011]通过第一透镜所述第一光信号、所述第二光信号、所述第三光束和所述第四光束进行聚焦处理；
[0012]利用第一空间光调制器中预先加载的第一干涉影像对经过所述第一透镜聚焦处理后的第一光信号和第三光束进行干涉处理，以形成调制后的第一光信号和第三光束，其中，调制后的第一光信号和第三光束分别携带仅具有奇数螺旋波前并构成非整数模式值的光子角动量极化的光束；
[0013]利用第二空间光调制器中预先加载的第二干涉影像对经过所述第一透镜聚焦处理后的第二光信号和第四光束进行干涉处理，以形成调制后的第二光信号和第四光束，其中，调制后的第二光信号和第四光束分别携带仅具有偶数螺旋波前并构成非整数模式值的光子角动量极化的光束；
[0014]其中，所述第一干涉影像基于奇数的光子角动量极化的光束构成，所述第二干涉影像基于偶数的光子角动量极化的光束构成。
[0015]可选的，所述第一干涉影像的生成方式包括:
[0016]模拟生成相邻的模式数为N/2个奇数的光子角动量极化的光束的叠加相位；
[0017]模拟生成闪耀光栅相位；
[0018]将所述叠加相位和所述闪耀光栅相位相加后除以2 JT再减去相位；
[0019]将减去Ji相位后所得值与预定强度值相乘，并将相乘值再加相位，得到第一干涉影像。
[0020]可选的，所述第二干涉影像的生成方式包括:
[0021]模拟生成相邻的模式数为N/2个偶数的光子角动量极化的光束的叠加相位；
[0022]模拟生成闪耀光栅相位；
[0023]将所述叠加相位和所述闪耀光栅相位相加后除以2 JT再减去相位；
[0024]将减去Ji相位后所得值与预定强度值相乘，并将相乘值再加相位，得到第二干涉影像。
[0025]第二方面，本发明实施例提供了一种光信号解调方法，包括:
[0026]经过本发明实施例所述的光信号调制方法调制后的第一光信号、第二光信号、第三光束和第四光束在第二透镜的作用下，被聚焦透射到空间频率滤波器中，以通过所述空间频率滤波器对调制后的所述第一光信号、所述第二光信号、所述第三光束和所述第四光束进行滤波处理，形成均仅具有一级正谐波的第一光信号、第二光信号、第三光束和第四光束，其中，经过滤波处理后的第三光束通过处于打开状态的第一遮光板传输至所述第二透镜，经过滤波处理后的第四光束通过处于打开状态的第二遮光板传输至所述第二透镜；
[0027]在第三透镜的作用下，经过滤波处理后的第一光信号、第二光信号、第三光束和第四光束被聚焦投射到图像控制器上；
[0028]关闭所述第二遮光板使得经过调制后的第四光束被所述第二遮光板遮挡，利用所述第一调制器为第一光束载入信号O以及利用所述第二调制器为第二光束载入信号0，利用所述图像控制器记录经过所述第三透镜聚焦处理后的第三光束的强度和相位，打开所述第二遮光板，利用所述第一调制器为第一光束载入第一待调制信号以形成第一光信号以及利用所述第二调制器为第二光束载入第二待调制信号以形成第二光信号，利用所述图像控制器记录经过所述第三透镜聚焦处理后的第一光信号的强度和相位，进而，利用所述图像控制器判断所记录的第一光信号的强度是否大于所记录的第三光束的强度的预定比例，并判断第一光信号的相位与第三光束的相位是否符合预定相位相似条件，如果判断结果均为是，解调得到所述第一光信号所携带的信号为1，否则，解调得到所述第一光信号所携带的信号为O ;
[0029]关闭所述第一遮光板使得经过调制后的第三光束被所述第一遮光板遮挡，利用所述第一调制器为第一光束载入信号O以及利用所述第二调制器为第二光束载入信号0，利用所述图像控制器记录经过所述第三透镜聚焦处理后的第四光束的强度和相位，打开所述第一遮光板，利用所述第一调制器为第一光束载入第一待调制信号以形成第一光信号以及利用所述第二调制器为第二光束载入第二待调制信号以形成第二光信号，利用所述图像控制器记录经过所述第三透镜聚焦处理后的第二光信号的强度和相位，进而，利用所述图像控制器判断所记录的第二光信号的强度是否大于所记录的第四光束的强度的预定比例，并判断第二光信号的相位与第四光束的相位是否符合预定相位相似条件，如果判断结果均为是，解调得到所述第二光信号所携带的信号为1，否则，解调得到所述第二光信号所携带的信号为O。
[0030]第三方面，本发明实施例提供了一种光信号调制装置，包括:
[0031]激光器，用于产生目标光束；
[0032]分光器，用于将所述目标光束分为第一光束、第二光束、第三光束和第四光束；
[0033]第一调制器，用于为第一光束载入第一待调制信号，以形成第一光信号；
[0034]第二调制器，用于为第二光束载入第二待调制信号，以形成第二光信号；
[0035]第一透镜，用于对所述第一光信号、所述第二光信号、所述第三光束和所述第四光束进行聚焦处理；
[0036]第一空间光调制器，用于利用内部预先加载的第一干涉影像对经过所述第一透镜聚焦处理后的第一光信号和第三光束进行干涉处理，以形成调制后的第一光信号和第三光束，其中，调制后的第一光信号和第三光束分别携带仅具有奇数螺旋波前并构成非整数模式值的光子角动量极化的光束；
[0037]第二空间光调制器，用于利用内部预先加载的第二干涉影像对经过所述第一透镜聚焦处理后的第二光信号和第四光束进行干涉处理，以形成调制后的第二光信号和第四光束，其中，调制后的第二光信号和第四光束分别携带仅具有偶数螺旋波前并构成非整数模式值的光子角动量极化的光束；
[0038]其中，所述第一干涉影像基于奇数的光子角动量极化的光束构成，所述第二干涉影像基于偶数的光子角动量极化的光束构成。
[0039]第四方面，本发明实施例提供了一种光信号解调装置，包括:
[0040]第二透镜，用于将经过本发明实施例所提供的光信号调制装置调制后的第一光信号、第二光信号、第三光束和第四光束聚焦透射到空间频率滤波器中；
[0041]所述空间频率滤波器，用于对调制后的所述第一光信号、所述第二光信号、所述第三光束和所述第四光束进