用于生成纵向结构化光束以改进在湍流中的传输的系统和方法

本文的公开内容总体上涉及自由空间光学，并且更具体地涉及生成纵向结构化光束以改进在湍流中的传输。

背景技术：

1、空间自由光学传输提供穿过诸如空气或真空的空间来传输数据或光，而不需要光纤或用于传输的其他引导介质。在自由空间光学的许多应用中，通常使用基本高斯光束。然而，空间自由光学（例如激光器）的传输路径中的湍流会使光束畸变。湍流效应可能使传输的高斯光束显著畸变，并导致系统性能劣化。先前技术，如自适应光学（ao）已经被提出用于减轻高斯光束的湍流引起的波前畸变。然而，这些方法需要附加的光学和电气部件，以及复杂的信号处理和反馈回路。此外，虽然这些缓解方法可以解决整个光束传播路径的累积效应，但这些方法并非专门针对湍流强度沿路径变化的情况进行设计和优化。具有单个高斯空间模式的基本高斯光束会发散并且其光束宽度随着光束的传播而增长。因此，无法在任何距离处容易地定制其光束宽度。

2、存在这些和其他缺陷。因此，需要可以基于湍流的位置沿其路径调谐的高斯光束，以改进湍流中的空间自由光学传输。

技术实现思路

1、所描述的主题涉及用于生成纵向结构化光束以改进在湍流中的传输的系统、方法、装置和计算机可读存储介质。用于生成纵向结构化光束以改进湍流中的传输的示例方法包括：由计算装置接收指示湍流区域的位置的湍流信息。该方法包括：由计算装置基于湍流区域的位置来确定光束的多个空间模式。该方法包括：由计算装置生成用于生成包括多个空间模式的纵向结构化光束的指令，其中，纵向结构化光束在湍流区域的位置处包括与在湍流区域的位置之外的光束宽度相比更小的光束宽度。

2、在所描述的方法的一个方面中，该方法包括：由计算装置将所生成的指令发送至空间光调制器以生成纵向结构化光束，其中，光束从激光器入射到空间光调制器。

3、在所描述的方法的一个方面中，所生成的指令用于使纵向结构化光束的光束宽度在纵向结构化光束到达湍流区域的位置时变窄并且在通过了湍流区域的位置时变宽。

4、在所描述的方法的一个方面中，该方法包括：从飞行器生成纵向结构化光束，其中，纵向结构化光束被配置用于光通信。

5、在所描述的方法的一个方面中，湍流信息指示湍流区域处的湍流强度，其中，纵向结构化光束在湍流区域处的宽度基于湍流强度。

6、在所描述的方法的一个方面中，多个空间模式包括多个贝塞尔-高斯空间模式，所述多个贝塞尔-高斯空间模式各自包括不同的纵波数。

7、在所描述的方法的一个方面中，不同的纵波数包括相等的空间频率间隔。

8、用于生成纵向结构化光束以改进在湍流中的传输的示例系统包括：计算装置，该计算装置通信地连接至空间光调制器。该计算装置包括处理器和存储指令的存储器，该指令在由处理器执行时使处理器：接收指示湍流区域的位置的湍流信息；基于湍流区域的位置来确定光束的多个空间模式；以及生成用于生成包括多个空间模式的纵向结构化光束的指令，其中，纵向结构化光束在湍流区域的位置处包括与在湍流区域的位置之外的光束宽度相比更小的光束宽度。

9、在所描述的系统的一个方面中，指令使处理器将所生成的指令发送到空间光调制器以生成纵向结构化光束，其中，光束从激光器入射到空间光调制器。

10、在所描述的系统的一个方面中，所生成的指令用于使纵向结构化光束的光束宽度在纵向结构化光束到达湍流区域的位置时变窄并且在通过了湍流区域的位置时变宽。

11、在所描述的系统的一个方面中，所述系统包括飞行器，从该飞行器生成纵向结构化光束，其中，纵向结构化光束被配置用于光通信。

12、在所描述的系统的一个方面中，湍流信息指示湍流区域处的湍流强度，其中，纵向结构化光束在湍流区域处的宽度基于湍流强度。

13、在所描述的系统的一个方面中，多个空间模式包括多个贝塞尔-高斯空间模式，所述多个贝塞尔-高斯空间模式各自包括不同的纵波数。

14、在所描述的系统的一个方面中，不同的纵波数包括相等的空间频率间隔。

15、一种包括指令的示例非暂态计算机可读存储介质，该指令在由装置的处理器执行时使处理器：接收指示湍流区域的位置的湍流信息；基于湍流区域的位置来确定光束的多个空间模式；以及生成用于生成包括多个空间模式的纵向结构化光束的指令，其中，纵向结构化光束在湍流区域的位置处包括与在湍流区域的位置之外的光束宽度相比更小的光束宽度。

16、在所描述的非暂态计算机可读存储介质的一个方面中，该指令使处理器将所生成的指令发送到空间光调制器以生成纵向结构化光束，其中，光束从激光器入射到空间光调制器。

17、在所描述的非暂态计算机可读存储介质的一个方面中，所生成的指令用于使纵向结构化光束的光束宽度在纵向结构化光束到达湍流区域的位置时变窄并且在通过了湍流区域的位置时使变宽。

18、在所描述的非暂态计算机可读存储介质的一个方面中，该非暂态计算机可读存储介质包括飞行器，从飞行器生成纵向结构化光束，其中，纵向结构化光束被配置用于光通信。

19、在所描述的非暂态计算机可读存储介质的一个方面中，湍流信息指示湍流区域处的湍流强度，其中，纵向结构化光束在湍流区域处的宽度基于湍流强度。

20、在所描述的非暂态计算机可读存储介质的一个方面中，多个空间模式包括多个贝塞尔-高斯空间模式，所述多个贝塞尔-高斯空间模式各自包括不同的纵波数。

1.一种用于生成纵向结构化光束以改进在湍流中的传输的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，包括：由所述计算装置将所生成的指令发送至空间光调制器以生成所述纵向结构化光束，其中，所述光束从激光器入射到所述空间光调制器。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所生成的指令用于使所述纵向结构化光束的光束宽度在所述纵向结构化光束到达所述湍流区域的位置时变窄并且在通过了所述湍流区域的位置时变宽。

4.根据权利要求1所述的方法，包括：从飞行器生成所述纵向结构化光束，其中，所述纵向结构化光束被配置用于光通信。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述湍流信息指示所述湍流区域处的湍流强度，其中，所述纵向结构化光束在所述湍流区域处的宽度基于所述湍流强度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个空间模式包括多个贝塞尔-高斯空间模式，所述多个贝塞尔-高斯空间模式各自包括不同的纵波数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述不同的纵波数包括相等的空间频率间隔。

8.一种用于生成纵向结构化光束以改进在湍流中的传输的系统，所述系统包括：

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述指令使所述处理器将所生成的指令发送至所述空间光调制器以生成所述纵向结构化光束，其中，所述光束从激光器入射到所述空间光调制器。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所生成的指令用于使所述纵向结构化光束的光束宽度在所述纵向结构化光束到达所述湍流区域的位置时变窄并且在通过了所述湍流区域的位置时变宽。

11.根据权利要求8所述的系统，包括飞行器，从所述飞行器生成所述纵向结构化光束，其中，所述纵向结构化光束被配置用于光通信。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述湍流信息指示所述湍流区域处的湍流强度，其中，所述纵向结构化光束在所述湍流区域处的宽度基于所述湍流强度。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述多个空间模式包括多个贝塞尔-高斯空间模式，所述多个贝塞尔-高斯空间模式各自包括不同的纵波数。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述不同的纵波数包括相等的空间频率间隔。

15.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质包括指令，所述指令在由装置的处理器执行时使所述处理器：

16.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述指令使所述处理器将所生成的指令发送到空间光调制器以生成所述纵向结构化光束，其中，所述光束从激光器入射到所述空间光调制器。

17.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所生成的指令用于使所述纵向结构化光束的光束宽度在所述纵向结构化光束到达所述湍流区域的位置时变窄并且在通过了所述湍流区域的位置时变宽。

18.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读存储介质，包括飞行器，从所述飞行器生成所述纵向结构化光束，其中，所述纵向结构化光束被配置用于光通信。

19.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述湍流信息指示所述湍流区域处的湍流强度，其中，所述纵向结构化光束在所述湍流区域处的宽度基于所述湍流强度。

20.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述多个空间模式包括多个贝塞尔-高斯空间模式，所述多个贝塞尔-高斯空间模式各自包括不同的纵波数。