对于轨道角动量（orbital angular momentum，OAM）复用系统来说，光束在大气中传输时会受到多种线性和非线性效用的影响，其中最主要的失真是来自大气湍流。OAM态是一种空间模式分布，因此，其波前在传输时不可避免地受到大气湍流的影响而发生波前畸变。大气湍流不仅影响OAM态，而且导致不同路OAM态之间产生模式串扰。
涡旋光相位恢复技术简介
前言：对于轨道角动量（orbital angular momentum，OAM）复用系统来说，光束在大气中传输时会受到多种线性和非线性效用的影响，其中最主要的失真是来自大气湍流。OAM态是一种空间模式分布，因此，其波前在传输时不可避免地受到大气湍流的影响而发生波前畸变。大气湍流不仅影响OAM态，而且导致不同路OAM态之间产生模式串扰。
传统自适应光学校正技术
自适应光学（adaptive optics, AO）理论最早由Babcock在1953年提出，指出应用波前传感器测量波前并利用波前校正器实时对畸变波前加以补偿，理想条件下可以把畸变的波前恢复到平面波。最初自适应光学系统主要应用在天文学高分辨率成像领域中。在20世纪80年代末期，天文学家研制了一套全新的自适应光学系统，取名为“COME-ON”,该系统用于新西兰智利欧洲南部天文台直径约为3.6 m的望远镜商，其中使用的变形镜有19个单元。在自由空间光通信系统中，为了解决大气湍流引起的波前畸变，人们提出使用自适应光学系统实现畸变波前的波长。
涡旋光和球面电磁波示意图
对于涡旋光束在大气湍流中传输产生的波前畸变，可通过自适应广西系统进行校正和补偿。传统自适应光学技术是一种电子学和光学相结合的技术，能够实时探测畸变波前并予以实时校正，使光学系统具有适应自身和外界条件变化的能量，从而保持最佳工作状态，提高光束的质量和改善通信系统的性能。
无波前传感器的自适应光学校正
大多数自适应光学系统都是用波前传感器根据探测到的畸变量产生的相应的控制信号驱动波前校正器对畸变相应进行校正。2010年，夏立军等开展大气光通信畸变波前校正实现，实验结果表明经自适应光学校正后，用更小的初始光功率就能得到更好的通信质量。2014年，Hashmi等在实验室进行了星间自适应光学通信数值模拟实验，实验表明，经过自适应光学系统闭环校正后，系统的斯特列尔比可以从0.30提供到0.75.但因为波前传感器的校正系统结构复杂且波前传感器会分流系统部分光强，所以人们开始致力于对不依赖波前传感器的无波前传感器自适应光校正系统进行研究。
无波前传感器的自适应光校正系统根据成像探测器ccd（charge coupLED device）获得的像质信息建立系统性能评价函数，用优化算法对评价函数进行优化以实现畸变波前的校正。无波前传感器的自适应光学校正系统主要由波前控制器、波前校正器和成像探测器三部分组成。光源发出的平行光经过大气湍流传输后产生带有相差的畸变光束。畸变光束入射到波前校正器，波前校正器对畸变光束进行初次校正并反射出残余畸变波前到成像探测器，波前控制器根据成像探测器采集的系统性能指标值驱动智能算法重新产生波前校正器的控制信号，实现对畸变光束多次闭环校正。
涡旋光束相位畸变校正
涡旋光束具有的最重要的特征之一便是携带OAM。从理论上讲，涡旋光束拓扑荷数的取值可以为任意数值，通常取整数，也可以取分数。由于OAM的正交性质，只需要选取不同拓扑荷数的涡旋光束，其携带的OAM的大小便各不相同，就可以获得无限维度的涡旋光束，进而实现涡旋光束的叠加复用。在自由空间光通信系统中，先将涡旋光束作为载波，将信息分别加载在载波上进行复用，然后在信道中进行传输，从而实现OAM复用通信，这种OAM复用模式的光通信对信道的容量的提升作用是巨大的。
涡旋光在通讯领域应用的潜力
涡旋光束在光通信领域获得应用面临的问题包括：第一，涡旋光束应用于光通信时，主要采用OAM复用技术实现信息的复用传输。对于OAM复用传输相关问题的研究也很重要，如对多路涡旋光束如何实现复用，OAM多路复用的光束经湍流后OAM模式的变化情况，各光束之间由于复用所产生的模式串扰问题。第二，涡旋光束经大气信道后的光场特性以及OAM模式的变化特性。目前，大多数都是采用数值仿真方法或者在实验室内进行短距离模拟，但是实际光通信需在真实的大气湍流效应以及降低复用涡旋光束的串扰效应。涡旋光束的波前畸变校正按照系统中有无波前传感器来划分，可将自适应校正技术分为有波前传感器和无波前传感器两类。经典的波前传感器的方法为夏克-哈特曼（Shark-Hartmann,SH）算法和随机并行梯度下降算法。
相对于有波前传感器和自适应光学校正技术，无波前传感器的自适应光学校正技术具有硬件实现简单、对光强闪烁等复杂环境的良好适应性等优点，因此受到了越来越广泛的关注。
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