发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种安全性增强和湍流缓解的OAM传输装置及方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种安全性增强和湍流缓解的OAM传输装置，其中：包括发送端结构、MPLC系统以及接收端结构，发送端结构用于将用户的数据进行加密调制后形成OAM光束，该OAM光束经大气湍流区域后，进入MPLC系统，MPLC系统包括具有多个具有不同相位模式的相位平面、反射镜、准直器、反馈回路以及控制器，受到湍流影响的OAM光束在相位平面和反射镜之间来回反射，使OAM光束在空间上分离，并以不同的角度倾斜，经准直器耦合后，进入接收端结构，反馈回路接在MPLC系统与接收端结构的连接通道上，监控分离后的光束之间的串扰，控制器能接收反馈回路的信号，并调整相位平面的至少一个相位模式，以纠正畸变光束的波前，降低串扰程度，接收端结构能实行发送端结构加密与调制的逆过程。

本发明的进一步的优化方案为：

上述的相位平面具有六个不同的相位模式。

一种安全性增强和湍流缓解的OAM传输装置的传输方法，包括以下步骤：

a、发送端步骤：将用户的数据同时分发到不同光波长的信道，然后光开关在跳频序列的控制下对数据加密，加密数据再由具有不同OAM状态的随机分配的信道进一步传输，跳频序列由蔡氏混沌模型产生，需要传输的二进制数据在DSP流程得到调制和星座加密后，与光信号在马赫曾德尔调制器MZM进行电光调制，调制后的信号接入OAM发生器，数据调制到OAM光束；

b、传输过程步骤：将OAM光束入射到模拟湍流板上，受到湍流影响的涡旋光束进入MPLC系统，MPLC系统利用控制器接收反馈回路的信号，调整相位平面的相位模式，对光束进行湍流缓解与模式解复用，

c、接收端步骤：携带信息的涡旋光解复用后变为高斯光束，高斯光束由光电检测器转换成电信号，再对该电信号进行与发送端加密与调制相反的解密与解调，获得解密数据。

光开关在跳频序列的控制下对数据加密的具体方法为：

采用N×N光开关选择器进行物理层面的加密，使用Chua模型产生的混沌序列作为密钥，采用递推式跳频方法：①LDi→MZMi ；②LDi→MZMi+1 ；③LDi→MZMi+2 ；……；其中Chua模型的方程为：

其中为常量，为变量。

DSP流程分为三个步骤：星座映射步骤、上采样步骤和整形滤波步骤；

星座映射步骤为：采用16QAM星座图，以Chua模型作为混沌映射生成掩蔽向量，对16QAM星座点进行掩蔽，得到加密后星座点图；

上采样部分步骤为：在星座点坐标后插入数值，N的数值就是插入的个数；

整形滤波步骤为：经过上采样后的数据将两个维度上的坐标分别送入两个相互正交的滤波器中进行整形滤波，之后由一个加法单元将两路信号合并，最终送入阵列波导光栅AWG中；

接收端步骤中，对电信号进行解密与解调的过程包括逆DSP流程，逆DSP流程由匹配滤波器部分、下采样部分与星座解映射部分组成，其每一部分与DSP流程中的相对应且作用相反。

在传输过程步骤中，给定控制器(25)每次测量时的串扰阈值，考虑到每次测量时的串扰，应用粒子群算法（PSO）进行优化相位平面前两个平面的图形来纠正畸变光束的波前，将前两个图形定义为PSO的一个粒子，粒子在运行中，会依照最佳位置和全局极值不断变化调整，然后得出最优解，我们采用均方误差MSE作为粒子的适应度函数。为测量两个通道之间的串扰矩阵，发射机侧的模式将在ℓ=0和+1之间切换。优化MPLC模式后，两束发射OAM所携带的信号将以较低的串扰进行接收和检测。

本发明的一种安全性增强和湍流缓解的OAM传输方法，有以下优点：

1、利用MPLC系统，通过反馈回路及时获得因大气湍流而受到影响的信号间串扰信息，利用控制器调整相位平面的相位模式，以纠正畸变光束的波前，实现有效减轻湍流引起的串扰问题。

2、利用光开关和多平面光转换器，实现了基于OAM复用的湍流缓解跳频系统。数据在物理层进行传输时，依次在光跳频和星座调制两个阶段进行加密处理，有效提高了用户数据传输的安全性。这样，一方面有效克服大气湍流对于高阶自由空间相干光通信的影响，实现了OAM复用技术；另一方面，对传统的基于波长或偏振的光跳频系统引入了新的安全加密，本专利同时实现了空间光通信信道容量和物理层安全的提升，为探索自由空间光通信中OAM复用的通信安全性提供了一种新的途径。