[发明专利]一种涡旋光束轨道角动量模态的检测方法及装置

权利要求书

1.一种涡旋光束轨道角动量模态的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提取训练用涡旋光衍射图的特征参数，使用所述训练用涡旋光衍射图的特征参数对前馈神经网络进行多次迭代训练，得到训练后的前馈神经网络；

提取任意一张待检测涡旋光衍射图的特征参数，将所述待检测涡旋光衍射图的特征参数输入到训练后的前馈神经网络，得到代表轨道角动量模态的二进制序列；

所述提取训练用涡旋光衍射图的特征参数，使用所述训练用涡旋光衍射图的特征参数对前馈神经网络进行多次迭代训练包括依次重复以下步骤：

将涡旋光调制成畸变涡旋光；

所述将涡旋 光调制成畸变涡旋光包括：

通过加载湍流相位屏为涡旋光加载大气湍流强度，得到畸变涡旋光，其中，所述湍流相位屏为透射式相位型空间光调制器；

对所述畸变涡旋光进行衍射处理得到训练用涡旋光衍射图；

提取所述训练用涡旋光衍射图的特征参数，使用所述训练用涡旋光衍射图的特征参数训练前馈神经网络；

所述将涡旋光调制成畸变涡旋光的步骤前还包括：

改变光源出射的高斯光束的偏振方向得到高斯光，并将所述高斯光调制成涡旋光；

所述改变光源出射的高斯光束的偏振方向得到高斯光，并将所述高斯光调制成涡旋光包括：

所述高斯光再经过第一空间光调制器实现光调制，所述第一空间光调制器为透射式相位型空间光调制器，调节所述第一空间光调制器的参数，得到拓扑荷数不同的涡旋光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取训练用涡旋光衍射图的特征参数的步骤包括：

从训练用涡旋光衍射图中选取i×i的衍射级作为训练用特征提取对象；

提取所述训练用特征提取对象中每个衍射级的最大值、平均值和方差作为训练用涡旋光衍射图的特征参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述训练用涡旋光衍射图的特征参数训练前馈神经网络的步骤包括：

将所述训练用涡旋光衍射图的特征参数输入到前馈神经网络，得到输出值，根据输出值计算出损失值；

将所述损失值反向传播到前馈神经网络，修改所述前馈神经网络的参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述训练用涡旋光衍射图为光斑呈阵列排布的衍射图，每个光斑所在位置对应一个衍射级。

5.一种涡旋光束轨道角动量模态的检测装置，其特征在于，所述装置包括：CCD图像传感器和计算机设备；

所述CCD图像传感器包括：参数提取模块；

所述参数提取模块，用于提取训练用涡旋光衍射图的特征参数和提取任意一张待检测涡旋光衍射图的特征参数；

所述计算机设备包括：神经网络训练模块和模态检测模块；

所述神经网络训练模块，用于使用训练用涡旋光衍射图的特征参数对前馈神经网络进行多次迭代训练，得到训练后的前馈神经网络；

所述模态检测模块，用于将所述任意一张待检测涡旋光衍射图的特征参数输入到训练后的前馈神经网络，得到代表轨道角动量模态的二进制序列；

所述装置还包括第一空间光调制器、第二空间光调制器和二维叉型光栅；

所述第一空间光调制器，用于将高斯光调制成涡旋光；

所述第一空间光调制器为透射式相位型空间光调制器，调节所述第一空间光调制器的参数，得到拓扑荷数不同的涡旋光；

所述第二空间光调制器，用于将涡旋光调制成畸变涡旋光；

所述第二空间光调制器为漩涡光加载大气 湍流强度，得到畸变漩涡光，所述第二空间光调制器为透射式相位型空间光调制器；

所述二维叉型光栅，用于对畸变涡旋光进行衍射处理，得到涡旋光衍射图。

6.根据权利要求5所述的一种装置，其特征在于，所述神经网络训练模块包括损失值计算单元和参数修改单元；

所述损失值计算单元，用于将训练用涡旋光衍射图的特征参数输入到前馈神经网络，得到输出值，根据输出值计算出损失值；

所述参数修改单元，用于将所述损失值反向传播到前馈神经网络，修改所述前馈神经网络的参数。

7.根据权利要求5所述的一种装置，其特征在于，所述参数提取模块包括：选取衍射级单元和提取特征参数单元；

选取衍射级单元，用于从训练用涡旋光衍射图中选取i×i的衍射级作为训练用特征提取对象；还用于从待检测涡旋光衍射图中选取i×i的衍射级作为待检测特征提取对象；

提取特征参数单元，用于提取所述训练用特征提取对象中每个衍射级的最大值、平均值和方差作为训练用涡旋光衍射图的特征参数；还用于提取所述待检测特征提取对象中每个衍射级的最大值、平均值和方差作为待检测涡旋光衍射图的特征参数。