對于軌道角動量（orbital angular momentum影所，OAM）復(fù)用系統(tǒng)來說，光束在大氣中傳輸時會受到多種線性和非線性效用的影響僚碎，其中主要的失真是來自大氣湍流猴娩。OAM態(tài)是一種空間模式分布，因此听盖，其波前在傳輸時不可避免地受到大氣湍流的影響而發(fā)生波前畸變胀溺。大氣湍流不僅影響OAM態(tài)，而且導(dǎo)致不同路OAM態(tài)之間產(chǎn)生模式串?dāng)_皆看。
渦旋光相位恢復(fù)技術(shù)簡介
前言：對于軌道角動量（orbital angular momentum腰吟，OAM）復(fù)用系統(tǒng)來說无埃，光束在大氣中傳輸時會受到多種線性和非線性效用的影響徙瓶，其中主要的失真是來自大氣湍流。OAM態(tài)是一種空間模式分布嫉称，因此侦镇，其波前在傳輸時不可避免地受到大氣湍流的影響而發(fā)生波前畸變。大氣湍流不僅影響OAM態(tài)织阅，而且導(dǎo)致不同路OAM態(tài)之間產(chǎn)生模式串?dāng)_壳繁。
傳統(tǒng)自適應(yīng)光學(xué)校正技術(shù)
自適應(yīng)光學(xué)（adaptive optics, AO）理論由Babcock在1953年提出，指出應(yīng)用波前傳感器測量波前并利用波前校正器實(shí)時對畸變波前加以補(bǔ)償荔棉，理想條件下可以把畸變的波前恢復(fù)到平面波闹炉。Z初自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)主要應(yīng)用在天文學(xué)高分辨率成像領(lǐng)域中。在20世紀(jì)80年代末期润樱，天文學(xué)家研制了一套全新的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)渣触，取名為“COME-ON”,該系統(tǒng)用于新西蘭智利歐洲南部天文臺直徑約為3.6 m的望遠(yuǎn)鏡商，其中使用的變形鏡有19個單元壹若。在自由空間光通信系統(tǒng)中嗅钻，為了解決大氣湍流引起的波前畸變，人們提出使用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畸變波前的波長店展。
渦旋光和球面電磁波示意圖
對于渦旋光束在大氣湍流中傳輸產(chǎn)生的波前畸變养篓，可通過自適應(yīng)廣西系統(tǒng)進(jìn)行校正和補(bǔ)償。傳統(tǒng)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)是一種電子學(xué)和光學(xué)相結(jié)合的技術(shù)壁查，能夠?qū)崟r探測畸變波前并予以實(shí)時校正觉至，使光學(xué)系統(tǒng)具有適應(yīng)自身和外界條件變化的能量，從而保持較佳工作狀態(tài)睡腿，提高光束的質(zhì)量和改善通信系統(tǒng)的性能语御。
無波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)校正
大多數(shù)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)都是用波前傳感器根據(jù)探測到的畸變量產(chǎn)生的相應(yīng)的控制信號驅(qū)動波前校正器對畸變相應(yīng)進(jìn)行校正。2010年席怪，夏立軍等開展大氣光通信畸變波前校正實(shí)現(xiàn)应闯，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)自適應(yīng)光學(xué)校正后，用更小的初始光功率就能得到更好的通信質(zhì)量挂捻。2014年碉纺，Hashmi等在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了星間自適應(yīng)光學(xué)通信數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明刻撒，經(jīng)過自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)校正后骨田，系統(tǒng)的斯特列爾比可以從0.30提供到0.75.但因?yàn)椴ㄇ皞鞲衅鞯男Ｕ到y(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且波前傳感器會分流系統(tǒng)部分光強(qiáng)，所以人們開始致力于對不依賴波前傳感器的無波前傳感器自適應(yīng)光校正系統(tǒng)進(jìn)行研究声怔。
無波前傳感器的自適應(yīng)光校正系統(tǒng)根據(jù)成像探測器ccd（charge coupLED device）獲得的像質(zhì)信息建立系統(tǒng)性能評價函數(shù)态贤，用優(yōu)化算法對評價函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)畸變波前的校正。無波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)主要由波前控制器醋火、波前校正器和成像探測器三部分組成悠汽。光源發(fā)出的平行光經(jīng)過大氣湍流傳輸后產(chǎn)生帶有相差的畸變光束箱吕。畸變光束入射到波前校正器柿冲，波前校正器對畸變光束進(jìn)行初次校正并反射出殘余畸變波前到成像探測器茬高，波前控制器根據(jù)成像探測器采集的系統(tǒng)性能指標(biāo)值驅(qū)動智能算法重新產(chǎn)生波前校正器的控制信號，實(shí)現(xiàn)對畸變光束多次閉環(huán)校正假抄。
渦旋光束相位畸變校正
渦旋光束具有的重要的特征之一便是攜帶OAM怎栽。從理論上講，渦旋光束拓?fù)浜蓴?shù)的取值可以為任意數(shù)值慨亲，通常取整數(shù)婚瓜，也可以取分?jǐn)?shù)宝鼓。由于OAM的正交性質(zhì)刑棵，只需要選取不同拓?fù)浜蓴?shù)的渦旋光束，其攜帶的OAM的大小便各不相同愚铡，就可以獲得無限維度的渦旋光束蛉签，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)渦旋光束的疊加復(fù)用。在自由空間光通信系統(tǒng)中沥寥，先將渦旋光束作為載波碍舍，將信息分別加載在載波上進(jìn)行復(fù)用，然后在信道中進(jìn)行傳輸邑雅，從而實(shí)現(xiàn)OAM復(fù)用通信片橡，這種OAM復(fù)用模式的光通信對信道的容量的提升作用是巨大的。
渦旋光在通訊領(lǐng)域應(yīng)用的潛力
渦旋光束在光通信領(lǐng)域獲得應(yīng)用面臨的問題包括：第①淮野，渦旋光束應(yīng)用于光通信時捧书，主要采用OAM復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的復(fù)用傳輸。對于OAM復(fù)用傳輸相關(guān)問題的研究也很重要骤星，如對多路渦旋光束如何實(shí)現(xiàn)復(fù)用经瓷，OAM多路復(fù)用的光束經(jīng)湍流后OAM模式的變化情況，各光束之間由于復(fù)用所產(chǎn)生的模式串?dāng)_問題洞难。第②舆吮，渦旋光束經(jīng)大氣信道后的光場特性以及OAM模式的變化特性。目前队贱，大多數(shù)都是采用數(shù)值仿真方法或者在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行短距離模擬色冀，但是實(shí)際光通信需在真實(shí)的大氣湍流效應(yīng)以及降低復(fù)用渦旋光束的串?dāng)_效應(yīng)。渦旋光束的波前畸變校正按照系統(tǒng)中有無波前傳感器來劃分柱嫌，可將自適應(yīng)校正技術(shù)分為有波前傳感器和無波前傳感器兩類锋恬。經(jīng)典的波前傳感器的方法為夏克-哈特曼（Shark-Hartmann,SH）算法和隨機(jī)并行梯度下降算法。
相對于有波前傳感器和自適應(yīng)光學(xué)校正技術(shù)慎式，無波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)校正技術(shù)具有硬件實(shí)現(xiàn)簡單伶氢、對光強(qiáng)閃爍等復(fù)雜環(huán)境的良好適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)趟径，因此受到了越來越廣泛的關(guān)注。
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