1.一种基于湍流相位补偿与光束几何变换的复合涡旋光束OAM态的分离与检测系统,其特征在于,包括测试光(1)的发射端和对信号光(7)进行湍流相位补偿以及OAM态进行分离与检测的接收端,其中:所述发射端的测试光(1)依次经过第一偏振分束器(2)、大气湍流传输、第二偏振分束器(8)、反射镜(3)、第一CCD(4)传输至计算机进行湍流预测;信号光(7)依次经过发射端的第一偏振分束器(2)、大气湍流传输、第二偏振分束器(8)、接收端传输至计算机进行图像识别;所述接收端包括空间光调制器SLM(21)和基于几何坐标变换的OAM态分检器,OAM态分检器包括依次连通的几何变换相位板(22)、校正相位板(23)、傅里叶透镜(24)和第二CCD(9),空间光调制器SLM(21)对信号光(7)进行畸变相位补偿及扩束,通过几何变换相位板(22)使扩束产生的信号光(7)发散角进行准直以及重构光波前信息,使极坐标系分布的图案映射为笛卡尔坐标系分布,通过校正相位板(23)校正被几何变换相位板(22)改变的各个坐标点上光束的斜率,使光束维持倾斜斜度的波前相位沿直线继续传输再次平行传播,利用傅里叶透镜(24)把重构后具有不同斜率角度的波前成像于第二CCD(9)的不同水平位置;所述空间光调制器SLM(21)上加载的复合相位表示为:式中, 为扩束镜的扩束相位分布, x 1 , y 1 为空间光调制器SLM(21)所在平面的坐标, γ 表示扩束镜的放大倍数, f 是SLM与几何变换相位板(22)之间的距离;所述几何变换相位板(22)上的复合相位为准直镜的准直相位加上变换与复制相位,表示为:其中 为准直镜的相位, x 2 , y 2 为几何变换相位板(22)所在平面的坐标; 为变换与复制相位:式中,N是扇出元件的复制倍数, 为横向调节参数, 表示经几何变换相位板(22)作用后生成的矩形光束长度, 为纵向调节参数,通过参数 调节每段复制出来的矩形光束,使光束实现纵向衔接。
2.一种基于湍流相位补偿与光束几何变换的复合涡旋光束OAM态的分离与检测方法,基于权利要求1所述的复合涡旋光束OAM态的分离与检测系统,其特征在于,在接收端利用测试光强度信息预测湍流相位,并以此改善信号光的光场分布,提高其光束质量,使信号光的特征更明显,之后再将相位补偿后的信号光通过几何坐标变换方法进行光束OAM态的分离与检测;具体步骤如下:步骤1.预测大气湍流相位:在发射端产生一束拓扑荷数 l =1的测试光,经大气传输后,第一CCD接收到受湍流扰动影响的测试光的光强分布,将原始的测试光和相位畸变的测试光的光强图像输入计算机,基于GS算法的相位反演算法得到预测的预补偿大气湍流相位 ;步骤2.补偿涡旋光束的畸变相位:将步骤1中所获取的预补偿大气湍流相位 取反作为补偿相位加载到空间光调制器SLM(21),发射端同时产生另一束复合涡旋光束为信号光,经大气湍流传输至接收端,通过空间光调制器SLM补偿信号光因大气湍流引起的光场扰动,提高信号光的质量;步骤3.基于几何坐标变换的OAM态分离与检测:将步骤2所获取的经相位补偿后的信号光入射到OAM态分检器,携带不同OAM态的光束在第二CCD(9)的接收屏幕上成像为不同空间位置的光斑,通过检测第二CCD(9)上不同区域的光强强度,判断信号光所携带的OAM态。
3.根据权利要求2所述的基于湍流相位补偿与光束几何变换的复合涡旋光束OAM态的分离与检测方法,其特征在于,所述发射端生成2束涡旋光束POV,其中一束涡旋光束POV1拓扑荷为1,作为测试光,另一束涡旋光束POV2为加载复用OAM的信号光,两束光经第一偏振分束器PBS合成一束光束在湍流信道中传输,第一偏振分束器PBS反射的测试光和透射的信号光具有不同的偏振态。
4.根据权利要求2所述的基于湍流相位补偿与光束几何变换的复合涡旋光束OAM态的分离与检测方法,其特征在于,所述测试光经大气空间传输后由第二偏振分束器分离并入射到第一CCD上,第一CCD接收测试光受湍流扰动的光强信息并导入计算机,利用GS算法计算出湍流补偿相位并加载于空间光调制器SLM(21)上。
5.根据权利要求2所述的基于湍流相位补偿与光束几何变换的复合涡旋光束OAM态的分离与检测方法,其特征在于,所述空间光调制器SLM(21)加载的复合相位全息图为湍流预测相位和扩束镜相位,对经湍流扰动的信号光的光场分布进行湍流补偿,同时改变信号光的扩散角,实现光束半径的放大。
6.根据权利要求2所述的基于湍流相位补偿与光束几何变换的复合涡旋光束OAM态的分离与检测方法,其特征在于,所述几何变换相位板(22)上的相位为准直镜和变换与复制相位板的复合相位,实现光束传输扩散角的恢复,与扩束镜的相位配合实现光束的 γ 倍放大;同时对光场分布进行对数坐标-笛卡尔坐标几何变换,使涡旋光束POV中的螺旋波前相位exp( ilθ )转换为具有倾斜斜度的波前相位exp( ilx / β ),其中 x 是笛卡尔坐标, β 是转换为矩形光的缩放参数。
7.根据权利要求2所述的基于湍流相位补偿与光束几何变换的复合涡旋光束OAM态的分离与检测方法,其特征在于,所述第二CCD(9)接收经傅里叶透镜分离并成像于后焦面的不同水平位置的光束光斑,并将光束的光斑分布导入计算机,根据相应位置检测到的能量分布情况判断信号光中是否存在该位置对应的OAM态信号。