(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111656096.3 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 山东师范大学 地址 250014 山东省济南市历下区文化 东 路88号 (72)发明人 魏冬梅　刘娟　杜乾　刘芳宁　 陈涛　于新畅　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 朱忠范 (51)Int.Cl. H04B 10/11(2013.01) H04B 10/516(2013.01) H04B 10/60(2013.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 涡旋光束相位畸变校正方法、 系统及通信装 置 (57)摘要 本发明提供一种涡旋光束相位畸变校正方 法、 系统及通信装置， 属于通信技术领域， 包括： 获取具有不同偏振态的高斯探测光束和涡旋光 束； 分别分离出受大气湍流影 响的高斯探测光束 和涡旋光束； 其中， 高斯探测光束送入预先训练 好的预测模 型， 由预测模型预测出大气湍流带来 的相位畸变； 根据预测出的相位， 对涡旋光束进 行相位校正， 得到校正后的涡旋光束的光强图。 本发明利用U NET神经网络 学习GPB的强度分布来 预测AT的湍流相位， 将预测相位反向加载在畸变 VB上进行补偿校正； 补偿 了由大气湍流引起的光 束相位畸变， 校正了接收端的光强分布， 提高了 通信的可靠性。 权利要求书1页 说明书8页 附图4页 CN 114499660 A 2022.05.13 CN 114499660 A 1.一种涡旋光束相位畸变校正方法， 其特 征在于， 包括： 获取具有不同偏振态的高斯探测光束和涡旋光束； 分别分离出受大气湍流影响的高斯探测光束和涡旋光束； 其中， 高斯探测光束送入预 先训练好的预测模型， 由预测模型预测出大气湍流带来的相位畸变； 根据预测出的相位， 对 涡旋光束 进行相位校正， 得到校正后的涡旋光束的光强图。 2.根据权利要求1所述的涡旋光束相位畸变校正方法， 其特征在于， 采用计算机模拟数 据完成所述预测模型的网络训练， 模拟数据包括大气湍流相位模拟以及光束 经过大气传输 后模拟。 3.根据权利要求2所述的涡旋光束相位畸变校正方法， 其特征在于， 训练所述预测模型 的训练集包括受大气湍流影响的高斯光束的强度分布图和模拟产生的大气湍流随机相位 灰度图。 4.根据权利要求1所述的涡旋光束相位畸变校正方法， 其特征在于， 通过对预测的相位 取反后， 加载到空间光调制器上对畸变光束 进行调制达 到补偿目的。 5.根据权利要求2所述的涡旋光束相位畸变校正方法， 其特征在于， 采用Adam算法对网 络进行优化， 通过 预测相位 值与真实相位 值之间的均方误差来进行损失计算。 6.一种涡旋光束相位畸变校正系统， 其特 征在于， 包括： 获取模块， 用于获取 具有不同偏振态的高斯探测光束和涡旋光束； 校正模块， 用于分别分离出受大气湍流影响的高斯探测光束和涡旋光束； 其中， 高斯探 测光束送入预先训练好的预测模型， 由预测模型预测出大气湍流带来的相位畸变； 根据预 测出的相位， 对涡旋光束 进行相位校正， 得到校正后的涡旋光束的光强图。 7.一种通信装置， 其特 征在于， 包括： 发送端， 用于发送具有不同偏振态的高斯探测光束和涡旋光束， 其中， 传输信 息加载在 涡旋光束上， 高斯探测光束用来预测由大气湍流引起的相位畸变； 接收端， 用于接收发送端发送的高斯探测光束和涡旋光束， 并进行处理， 得到校正后的 涡旋光束的光 强图， 其中， 所述接收端包括有如权利要求6所述的涡旋光束相位畸变校正系 统。 8.一种非暂态计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述非暂态计算机可读存储介质用 于存储计算机指 令， 所述计算机指 令被处理器执行时， 实现如权利要求 1‑5任一项所述的涡 旋光束相位畸变校正方法。 9.一种计算机程序产品， 其特征在于， 包括计算机程序， 所述计算机程序当在一个或多 个处理器上运行时， 用于实现如权利要求1 ‑5任一项所述的涡旋光束相位畸变校正方法。 10.一种电子设备， 其特征在于， 包括： 处理器、 存储器以及计算机程序； 其中， 处理器与 存储器连接， 计算机程序被存储在 存储器中， 当电子 设备运行时， 所述处理器执行所述存储 器存储的计算机程序， 以使电子设备执行实现如权利要求1 ‑5任一项所述的涡旋光束相位 畸变校正方法的指令 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114499660 A 2涡旋光束相位畸变校正方 法、 系统及通信装 置 技术领域 [0001]本发明涉及 通信技术领域， 具体涉及一种基于深度神经网络学习的由大气湍流引 起的涡旋光束相位畸变校正方法、 系统及通信装置 。 背景技术 [0002]涡旋光(vortex  beam， VB)具有螺旋相位波前， 携带有轨道角动量(orbital   angular momentum， OAM)。 理论上轨道角动量可以无限大， 而且具有不同轨道角动量的涡旋 光束之间具有正交性， 因此采用OAM调制和复用技术可以大幅提高通信容量。 涡旋光通信技 术成为通信领域中的研究热点。 涡旋光在大气中传输时， 受到大气湍流(atmospheric   turbulence， AT)影响， 产生 光束畸变、 漂移、 扩展等现象， 导 致通信质量下降。 发明内容 [0003]本发明的目的在 于提供一种基于深度学习(deep  learning， DL)的相位预测算法， 以补偿由大气湍流引起的光束相位畸变， 校正接 收端的光强分布， 提高通信可靠性的涡旋 光束相位畸变校正方法、 系统及通信装置， 以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问 题。 [0004]为了实现上述目的， 本发明采取了如下技 术方案： [0005]一方面， 本发明提供一种涡旋光束相位畸变校正方法， 包括： [0006]获取具有不同偏振态的高斯探测光束和涡旋光束； [0007]分别分离出受大气湍流影响的高斯探测光束和涡旋光束； 其中， 高斯探测光束送 入预先训练好的预测模型， 由预测模型预测出大气湍流带来的相位畸变； 根据预测出 的相 位， 对涡旋光束 进行相位校正， 得到校正后的涡旋光束的光强图。 [0008]优选的， 采用计算机模拟数据完成所述预测模型的网络训练， 模拟数据包括大气 湍流相位模拟以及光束经 过大气传输后模拟。 [0009]优选的， 训练所述预测模型的训练集包括受大气湍流影响的高斯光束的强度分布 图和模拟产生的大气湍流随机相位灰度图。 [0010]优选的， 通过对预测的相位取反后， 加载到空间光调制器上对畸变光束进行调制 达到补偿目的。 [0011]优选的， 采用Adam算法对网络进行优化， 通过预测相位值与真实相位值之间的均 方误差来进行损失计算。 [0012]第二方面， 本发明提供一种涡旋光束相位畸变校正系统， 包括： [0013]获取模块， 用于获取 具有不同偏振态的高斯探测光束和涡旋光束； [0014]校正模块， 用于分别分离出受大气湍流影响的高斯探测光束和涡旋光束； 其中， 高 斯探测光束送入预先训练好的预测模型， 由预测模型预测出大气湍流带来的相位畸变； 根 据预测出的相位， 对涡旋光束 进行相位校正， 得到校正后的涡旋光束的光强图。 [0015]第三方面， 本发明提供一种通信装置， 包括：说　明　书 1/8 页 3 CN 114499660 A 3