具体实施方式

本公开提供了一种基于OAM复用的光跳频通信系统，所述光跳频通信系统实现了光跳频通信，达到稳定跳频通信；通过通信双方共享的秘钥实现用户数据在不同信道间随机切换，从而实现保密信息的隐藏，可克服现有的光跳频通信系统的主要缺点和不足之处。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种基于OAM复用的光跳频通信系统，如图1至2所示，所述光跳频通信系统，包括：

发送机，包括：

一级波长跳变单元，用于将用户数据随机加载到不同波长对应的光载波上，形成数据光波并输出；

二级OAM跳变单元，包括：

发送光纤耦合镜，用于接收所述数据光波，所述发送光纤耦合镜能够将所述数据光波转换为空间光并输出；

发送空间光调制器，能够动态加载对应不同OAM态的发送全息图样，通过所述发送全息图样对所述空间光进行处理，形成所述空间光在不同OAM信道上跳变的OAM跳变光波；

所述发送机能够将所述OAM跳变光波以自由空间光形式输出；

接收机，用于接收所述自由空间光，所述接收机包括：

接收空间光调制器，能够加载不同OAM态的接收全息图样，通过所述接收全息图样对所述自由空间光进行处理，形成所述自由空间光在不同OAM信道上分离的空间高斯光；

数据恢复单元，用于接收所述空间高斯光，并对所述空间高斯光进行处理，恢复得到所述用户数据。

在本公开实施例中，所述一级波长跳变单元包括：

两个激光器，各自能够发出固定波长的光载波，且所述两个激光器各发出的光载波的波长相近；

光开关，用于接收所述两个激光器发出的光载波，所述光开关包括两个链路，所述光开关能够对所述两个激光器发出的光载波在所述两个链路上自由切换输出；

两个相位调制器，分别将两路用户用户数据调制到所述两个链路发出的光载波上，分别形成所述数据光波包括的第一数据光波与第二数据光波。

在本公开实施例中，光纤耦合镜包括：

第一发送光纤耦合镜，用于接收所述第一数据光波，并将所述第一数据光波转换为所述空间光包括的第一空间光；

第二发送光纤耦合镜，用于接收所述第二数据光波，并将所述第二数据光波转换为所述空间光包括的第二空间光。

在本公开实施例中，所述发送空间光调制器包括：

第一发送空间光调制器，用于接收所述第一空间光，并处理为第一OAM跳变光波并输出；

第二发送空间光调制器，用于接收所述第二空间光，并处理为第二OAM跳变光波并输出。

在本公开实施例中，所述二级OAM跳变单元，还包括：

发送光学天线；

合波器，用于接收所述第一OAM跳变光波与所述第二OAM跳变光波，能够将收所述第一OAM跳变光波与所述第二OAM跳变光波聚合送入所述发送光学天线，通过所述发送光学天线形成自由空间光。

在本公开实施例中，所述接收机还包括：

接收光学天线，用于接收所述自由空间光并转送给所述接收空间光调制器。

在本公开实施例中，所述数据恢复单元包括：

接收光纤耦合镜，用于将所述空间高斯光转换为光纤数据信号并由光纤输出；

阵列波导光栅，用于接收所述光纤数据信号，能够所述光纤数据信号进行分离得到两个不同波长的第一分离数据光波与第二分离数据光波；

第一数据恢复光路，能够接收所述第一分离数据光波，并依次通过第一同步控制器及第一光电探测器对所述第一分离数据光波处理得到第一用户数据信号；

第二数据恢复光路，能够接收所述第二分离数据光波，并依次通过第二同步控制器及第二光电探测器对所述第二分离数据光波处理得到第二用户数据信号；

其中，所述数据恢复单元通过所述第一用户数据信号与所述第二用户数据信号获得所述用户数据。

在本公开实施例中，所述发送全息图样的拓扑荷与所述接收全息图样的拓扑荷的数值相反。

在本公开实施例中，所述一级波长跳变单元与所述数据恢复单元通过同一第一跳频序列控制。

在本公开实施例中，所述发送空间光调制器与所述接收空间光调制器通过同一第二跳频序列控制。

具体地，在本公开实施例中，一种基于OAM复用的光跳频通信系统，包括：发送机和接收机，发送机内置两个固定波长的激光器，一个2x2的光开关，两个马赫增德尔调制器，两个光纤耦合镜，两个空间光调制器以及一个合波器；接收机内置有一个空间光调制器，一个光纤耦合镜，一个阵列波导光栅，两个同步控制模块，两个光电探测器以及一个数据恢复模块，采用高速光开光和空间光调制器分别实现用户数据在不同波长、不同OAM态的信道间上的传输，能够有效地实现数据隐藏，防止窃听。。

在本公开实施例中，如图1所示，在发送端，多个激光器用以产生不同波长的连续光波；2x2光开关在跳频序列的控制下，用以实现光载波在不同信道上的自由切换；光纤耦合镜用以实现光波从光纤到自由空间的快速转换；空间光调制器在跳变序列的控制下，动态加载不同的全息图样，实现用户数据在不同OAM信道上的跳变；马赫增德尔调制器用以实现将数据调制到2x2光开关的输出光载波上；合波器用以实现两个不同空间光链路的光波的聚合。

在本公开实施例中，如图1所示，在接收端，空间光调制器用以实现OAM信道的分离，并输出高斯光；光纤耦合镜用以实现光波从自由空间到光纤的快速转换；阵列波导光栅用以对接收到的光载波进行按波长进行分束处理，得到多束具有单一波长的光载波；同步控制模块实现不同波长光波上数据的相位对齐。光电探测器实现光信号到电信号的转换。数据恢复模块实现不同用户数据的分离，实现原始用户数据的恢复。

在本公开实施例中，如图1所示，在发送端，激光器1(LD1)和激光器2(LD2)为两个固定波长激光器，输出波长分别为λ₁和λ₂；激光器1和激光器2的输出分别接到2x2光开关(2x2 switch)的上下两个端口，跳频序列(HS1)控制光开关的联通状态。当序列值为“0”时，端口1连端口3，端口2连端口4；当序列值为“1”时，端口1连端口4，端口2连端口3。换句话说，在跳频序列的控制下，端口3和端口4输出的光波长在λ₁和λ₂跳变。目前高速光开关的开关时间可以达到皮秒级。数据1和数据2分别通过马赫增德尔调制器(MZM1和MZM2)调制到端口3和端口4输出的光波上，实现了一级波长跳变，即数据1和数据2的光载波在λ₁和λ₂之间快速跳变。调制后的光波经过光纤耦合镜(FCM)，转换为空间光。其耦合效率可以通过调整耦合镜在XYZ三个方向上的位移以及俯仰角度来调节优化。二级跳主要通过动态调制加载在空间光调制器(SLM1和SLM2)上的全息图样来实现。在电脑中提前准备好一组对应于不同OAM状态的全息图样，在控制序列(HS2)的控制下，空间光调制器输出对应的OAM光束。跳频序列可以直接在电脑软件端通过伪随机数生成器生成，且通信双方事先需约定好种子。这样一来，随机加载在不同波长上的数据信号可以进一步经由不同的OAM信道传输，实现了在不同OAM信号间的跳变。为了实现两条链路上的光波的聚合，经空间光调制器反射的光波进入一个合波器(BC)。然后经由光学天线送入自由空间中。由于不同信道间的性能差异，发送端需要分别对数据1和数据2进行分组处理，并在每组数据前加上同步头，以确保数据在接收端通过同步控制模块(SC)实现相位对齐。

在本公开实施例中，如图1所示，在接收端，经另一个光学天线的接收，接收到的光波被送入另一个空间光调制器(SLM3)。该空间光调制器同样由控制序列HS2控制，随机加载在其上的全息图样与发送端的全息图样对应的拓扑荷的数值相反。这样便实现了不同OAM态信道的分离，并输出空间高斯光。经过光纤耦合镜耦合后，转由光纤传输。然后经由阵列波导光栅(AWG)，分离出两个不同波长光波。经由延时调节等同步控制处理后，送入光电探测器(PD1和PD2)，输出两路数据信号。其中延时调节，多借由对同步头进行判断，使用光纤补偿来实现数据同步。在跳频序列HS1的控制下，恢复出两路用户数据信号，数据1和数据2。

如图2所示，展示了基于OAM复用的光跳频通信系统的数据流。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开基于OAM复用的光跳频通信系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种基于OAM复用的光跳频通信系统，该光跳频通信系统实现了光跳频通信，达到稳定跳频通信；通过通信双方共享的秘钥实现用户数据在不同信道间随机切换，从而实现保密信息的隐藏。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。