一种光子全维度智能识别的方法和装置与流程

技术特征：
1.一种光子全维度智能识别的方法，其特征在于，对在多个波长复用情况下经过具有不同速率和电平的高级调制格式调制的光子束进行全维度识别，所述光子束具有不同圆偏振态和拓扑电荷数的轨道角动量模式，携带空间、偏振、时间、频率、幅度和相位信息；全维度识别包括空间模式识别、调制格式识别和波长识别；空间模式识别：调节轨道角动量模式的光程，使具有不同圆偏振态和拓扑电荷数的轨道角动量模式与一个高斯形式的参考光满足相干条件，获得干涉图，作为卷积神经网络学习的第一训练样本集进行迭代训练，迭代终止后将所述卷积神经网络作为空间模式识别模型识别光子束携带的空间和偏振信息；调制模式模式识别：对光子束所携带的不同速率和电平的高级调制格式周期性采样，得到相应的异步幅度直方图，作为卷积神经网络学习的第二训练样本集进行迭代训练，迭代终止后将所述卷积神经网络作为调制模式识别模型识别光子束携带的时间、幅度和相位信息；波长识别：测量不同波长复用下每个波长的功率，将波长与功率的对应关系作为卷积神经网络学习的第三训练样本集进行迭代训练，迭代终止后将所述卷积神经网络作为波长识别模型识别光子束携带的频率信息。2.如权利要求1所述的光子全维度智能识别的方法，其特征在于，所述多个波长复用情况的波长数目≥2，通过加载不同速率的高级调制格式使光子束获得对其时间、幅度和相位的调制，并用于激发具有不同偏振态和拓扑电荷数的空间模式，获得携带空间、偏振、时间、频率、幅度和相位信息的光子束。3.如权利要求1所述的光子全维度智能识别的方法，其特征在于，光子束的传输媒介为自由空间、水下、波导介质，支持具有不同偏振态和拓扑电荷数的空间模式稳定传输；所述空间模式为轨道角动量模式。4.如权利要求1所述的光子全维度智能识别的方法，其特征在于，所述空间模式识别以具有不同偏振态和拓扑电荷数的轨道角动量模式的干涉图作为神经网络的输入，进行空间和偏振信息的识别；所述干涉图是利用与所述光子束具有相同频率、振动方向和固定相位差的高斯光束作为参考光，所述光子束与参考光相干叠加得到包含偏振态和拓扑电荷数的叠加光场；所述调制格式识别以具有不同速率的多种调制格式的幅度统计特征作为神经网络的输入，进行时间、幅度和相位信息的识别；所述调制格式包括采用幅度调制、相位调制以及幅度-相位调制的高级调制格式，无载波幅相调制格式和正交频分复用调制格式；所述波长识别以不同波长复用方案的功率特征作为神经网络的输入，进行频率信息的识别。5.一种光子全维度智能识别的装置，其特征在于，包括信号调制模块、空间模式激发模块、空间模式识别模块、调制格式识别模块、波长识别模块传输介质、激光器和波分复用器，所述信号调制模块用于调制光子束的时间、幅度和相位信息，所述空间模式激发模块用于调制光子束的空间和偏振信息；所述传输介质用以支持不同偏振和拓扑电荷数的轨道角动量模式的稳定传输；所述空间模式识别模块用于采集轨道角动量模式的干涉图，作为识别光子空间和偏振信息的训练和测试样本，所述调制格式识别模块用于采集不同速率调制格式的异步幅度直方图，作为识别光子时间、幅度和相位信息的训练和测试样本，所述波长识别模块用于采集波分复用时各波长的功率，作为识别光子频率信息的训练和测试样本；所述激光器和波分复用器用于调制光子束的频率信息。
6.如权利要求5所述的光子全维度智能识别的装置，其特征在于，通过波分复用器将多个波长的光束进行合束，经过信号调制模块对光子束的时间、幅度和相位维度进行调制，信号调制模块为相位调制器、i/q调制器或强度调制器；携带频率、时间、幅度和相位信息的光子束通过空间模式激发模块产生具有不同拓扑电荷数的轨道角动量模式，所述空间模式激发模块为空间光调制器、复合螺旋相位板、光纤模式选择耦合器或超表面器件；所述轨道角动量模式通过四分之一波片来实现线偏振态到圆偏振态的转换。7.如权利要求5所述的光子全维度智能识别的装置，其特征在于，所述传输介质能够支持具有不同偏振态和高阶拓扑电荷数的轨道角动量模式的稳定传输，传输介质为自由空间、水下或光纤波导。8.如权利要求5所述的光子全维度智能识别的装置，其特征在于，所述空间模式识别模块包括第一分束器、模式转换器、第一起偏器、第二分束器、第二起偏器、中性密度滤光片、第三分束器、方解石光束偏移器、探测器，所述分束器将接收到的光子束均分为两路，所述模式转换器将其中一路转换为高斯光束并作为参考光，所述第一起偏器用于将参考光的偏振方向转变为线偏振光，x偏振或y偏振，另一路仍然保持原有空间和偏振信息并作为信号光继续传输；所述第二分束器将接收到的信号光均分为两路，一路经过第二起偏器和中性密度滤光片与参考光干涉，进行空间模式识别器训练和测试样本的采集，另一路耦合进光纤用于调制格式识别器和波长识别器的训练和测试样本采集；所述第二起偏器用于将信号光的偏振方向转变为线偏振光，x偏振或y偏振，所述中性密度滤光片用于调整信号光的功率，与参考光功率相匹配；所述第三分束器用于参考光和信号光的合束，两束光发生同轴干涉，产生清晰的干涉条纹；所述方解石光束偏移器用于将合束后的光束分解为两个正交偏振的平行光束；所述探测器记录大量的干涉条纹，用于空间模式识别器的训练和测试，所述探测器为相机或小规模光电探测器阵列。9.如权利要求5所述的光子全维度智能识别的装置，其特征在于，所述调制格式识别模块包括光电探测器和示波器，所述光电探测器用于将光子携带的时间、幅度和相位信息转变为电信号，所述示波器用于采集不同调制格式的异步幅度直方图，作为调制格式识别器训练和测试的样本，所述示波器采用低采样率示波器。10.如权利要求5所述的光子全维度智能识别的装置，其特征在于，所述波长识别模块包括滤波器和功率计，所述滤波器用于分离信号光中复用的波长；所述功率计用于测量并采集各波长的功率，作为波长识别模块训练和测试的样本。

技术总结
本发明公开了一种光子全维度智能识别的方法和装置，属于光学智能识别领域。该方法利用深度学习算法，对经过介质传输后光子的空间、偏振、时间、频率、幅度和相位信息进行智能识别。装置包括发射端、传输介质、空间模式识别模块、调制格式识别模块及波长识别模块。发射端对光子的空间、偏振、时间、频率、幅度和相位进行混合调制，空间模式识别模块实现对光子空间和偏振信息的识别，调制格式识别模块实现对光子时间、幅度和相位信息的识别，波长识别模块实现对光子频率信息的识别。本发明突破了传统方案仅能识别光子单一维度信息的限制，提供一种新颖的光子全维度识别方案，其在多维复用通信领域具有广阔的应用前景，推动了多维智能光通信的发展。光通信的发展。光通信的发展。


技术研发人员：王健 王璐璐
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2021.09.15
技术公布日：2022/1/14