技术领域
[0001] 本
发明涉及太赫兹技术领域，特别涉及一种携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法及装置。
背景技术
[0002] 众所周知，利用太赫兹频段的
电磁波的通信技术，具有非常明显且没有分配的频带，并且传输效率高、方向性好，安全性能好的优势。近年来，太赫兹通信技术已成为世界多个国家研究的重点信息工程，是未来信息事业发展的主导方向之一。近年来，光学轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)为通信系统带来除
频率、时间、偏振复用之外的一个全新复用
自由度，为通信系统扩容提供了更多的可能性。然而，在太赫兹频段，OAM信道复用的技术却难以实现。
发明内容
[0003] 基于此，有必要针对在太赫兹频段，OAM信道复用却难以实现的问题，提供一种携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法及装置。
[0004] 一种携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法，其特征在于，用于在预设
波导中传输太赫兹频段的电磁波；所述方法包括：
[0005] 获取至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波；其中，所述至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波包括第一太赫兹波和第二太赫兹波，所述第一太赫兹波携带的光学轨道角动量和所述第二太赫兹波携带的光学轨道角动量的模态不同；
[0006] 对所述第一太赫兹波和所述第二太赫兹波进行调制，得到复用波束；其中，所述复用波束的传播模与预设波导的传播模相一致；以及
[0007] 将所述复用波束通过所述预设波导传输至接收端。
[0008] 在其中一个
实施例中，所述对所述第一太赫兹波和所述第二太赫兹波进行调制，得到复用波束的步骤包括：
[0009] 将所述第一太赫兹波转变为左旋偏振光束，将所述第二太赫兹波转变为右旋偏振光束；
[0010] 将所述左旋偏振光束和所述右旋偏振光束
叠加，形成所述复用波束。
[0011] 在其中一个实施例中，所述左旋偏振光束和所述右旋偏振光束均为圆偏振光。
[0012] 在其中一个实施例中，所述将所述第一太赫兹波转变为左旋偏振光束，将所述第二太赫兹波转变为右旋偏振光束的步骤包括：
[0013] 使所述第一太赫兹波通过第一四分之一波片，以使所述第一太赫兹波转变为左旋偏振光束；
[0014] 使所述第二太赫兹波通过第二四分之一波片，以使所述第二太赫兹波转变为右旋偏振光束。
[0015] 在其中一个实施例中，所述第一太赫兹波和所述第二太赫兹波的偏振方向相同；
[0016] 所述第一四分之一波片的快轴与所述第一太赫兹波的偏振方向
正交；
[0017] 所述第二四分之一波片的慢轴与所述第一太赫兹波的偏振方向正交。
[0018] 在其中一个实施例中，所述第一太赫兹波的光学轨道角动量的量子数为1，所述第二太赫兹波的光学轨道角动量的量子数为-1。
[0019] 在其中一个实施例中，所述复用波束为径向偏振太赫兹波束。
[0020] 在其中一个实施例中，所述复用波束的传播模为横磁波。
[0021] 一种携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信装置，用于在预设波导中传输太赫兹频段的电磁波；包括：
[0022] 获取模
块，用于获取至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波；其中，所述至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波包括第一太赫兹波和第二太赫兹波，所述第一太赫兹波携带的光学轨道角动量和所述第二太赫兹波携带的光学轨道角动量的模态不同；
[0023] 调
制模块，用于对所述第一太赫兹波和所述第二太赫兹波进行调制，得到复用波束；其中，所述复用波束的传播模与预设波导的传播模相一致；以及
[0024] 传输模块，使所述复用波束通过所述预设波导传输至目标，以实现所述第一太赫兹波和所述第二太赫兹波的信道复用。
[0025] 在其中一个实施例中，所述调制模块还用于将所述第一太赫兹波转变为左旋偏振光束，将所述第二太赫兹波转变为右旋偏振光束；以及
[0026] 所述调制模块还用于将所述左旋偏振光束和所述右旋偏振光束叠加，以形成所述复用波束。
[0027] 上述携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法及装置，对携带不同模态的光学轨道角动量的第一太赫兹波和第二太赫兹波进行调制后得到复用波束。复用波束的传播模与预设波导的传播模相一致。这样，复用波束就可以在预设波导中传播。即携带不同
信号的第一太赫兹波和第二太赫兹波可以在同一波导中传播，从而实现携带光学轨道角动量的两太赫兹波的信道复用。因此，对于一定携带光学轨道角动量的太赫兹通信链路来讲，实现了信道复用，可以扩充该太赫兹通信链路的通信容量，从而提高通信效率。
附图说明
[0028] 图1为一实施例的携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法的流程示意图；
[0029] 图2为另一实施例的携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法的流程示意图；
[0030] 图3为一实施例的携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信装置的示意图。
具体实施方式
[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0032] 图1为一实施例的携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法的流程示意图。该方法用于在预设波导中传输太赫兹频段的电磁波，太赫兹频段的电磁波携带有通信信息。
[0033] 预设波导可以是表面波波导，表面波波导可以是介质线，比如用于传输太赫兹波的裸金属线波导。本实施例中，表面波波导以裸金属线波导为例。该裸金属线波导的结构可以为实心的金属线状结构。裸金属线波导的金属材质的
介电常数为ε。表面波波导又称为开波导或表面波传输线。表面波波导是一种非封闭式传输线。表面波波导的传播模式为表面波。电磁波
能量集中在其表面以内和表面附近紧贴界面沿轴向传输，即表面波波导将引导的电磁波约束在波导结构的周围传输。对于太赫兹波段的电磁波，表面波波导结构简单，制作容易，并且在较宽
频谱内具有较低的损耗及色散。表面波波导传播的主模为TM模。本实施例中的裸金属线波导的传播模为TM。
[0034] 如图1所示，携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法包括：
[0035] 步骤S120，获取至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波。
[0036] 具体地，至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波包括第一太赫兹波和第二太赫兹波。第一太赫兹波携带的光学轨道角动量和第二太赫兹波携带的光学轨道角动量的模态不同。太赫兹波中携带的光学轨道角动量即为太赫兹波中携带的通信信息。第一太赫兹波和第二太赫兹波可以分别由携带光学轨道角动量的太赫兹波的发生装置产生。
[0037] 进一步地，本实施例中，第一太赫兹波的光学轨道角动量的量子数l为1。第二太赫兹波的光学轨道角动量的量子数l为-1。光学轨道角动量的量子数也称作本征值，光学轨道角动量的量子数有0、±1、±2、±3等。本实施例中，第一太赫兹波和第二太赫兹波为线偏振光，且偏振方向 相同，设该偏振方向 为 则第一太赫兹波的光能量为第二太赫兹波的光能量为
[0038] 需要说明的是，第一太赫兹波的光学轨道角动量的量子数l不局限为1，第二太赫兹波的光学轨道角动量的量子数l不局限为-1。例如，第一太赫兹波的光学轨道角动量的量子数l可以为2，第二太赫兹波的光学轨道角动量的量子数l可以为-2。
[0039] 步骤S140，对第一太赫兹波和第二太赫兹波进行调制，得到复用波束。
[0040] 具体地，本步骤为对第一太赫兹波和第二太赫兹波的调制过程。复用波束是对第一太赫兹波和第二太赫兹波进行调制后的太赫兹波束。即，复用波束同时承载有第一太赫兹波的信息和第二太赫兹波的信息。进一步地，复用波束的传播模与预设波导的传播模相一致。复用波束的传播模为横磁波，即复用波束的主模为TM。如前述，预设波导的传播模也为TM01，也属于横磁波。这样，复用波束才可以通过预设波导传输。
[0041] 步骤S160，将复用波束通过预设波导传输至接收端，以实现第一太赫兹波和第二太赫兹波的信道复用。
[0042] 具体地，如上述，复用波束的传播模为TM模，这种传播模恰好是预设波导所支持的传播模。因此，载有两种通信信息的复用波束可以通过预设波导，即裸金属线波导中传输。在传输的过程中，复用波束被约束在裸金属线波导的表面周围，并沿裸金属线波导的长度延伸方向传播至接收端。将复用波束传输到接收端后，接收端对复用波束进行解调，解调得到第一太赫兹波和第二太赫兹波的信息，实现发射端和接收端之间的通信传递。这样，便实现了承载有光学角动量的第一太赫兹波和第二太赫兹波的通信链路的信道复用，可以扩展通信容量，还可以提高通信效率。
[0043] 上述携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法，对携带不同模态的光学轨道角动量的第一太赫兹波和第二太赫兹波进行调制后得到复用波束。复用波束的传播模与预设波导的传播模相一致。这样，复用波束就可以在预设波导中传播。即携带不同信号的第一太赫兹波和第二太赫兹波可以在同一波导中传播，从而实现携带光学轨道角动量的两太赫兹波的信道复用。因此，对于一定的太赫兹通信链路来讲，上述方法实现了信道复用，可以扩充该太赫兹通信链路的通信容量，从而提高通信效率。
[0044] 图2为另一实施例的携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信方法的流程示意图。对第一太赫兹波和第二太赫兹波进行调制，得到复用波束的步骤，即步骤S140包括：
[0045] 步骤S142，将第一太赫兹波转变为左旋偏振光束，将第二太赫兹波转变为右旋偏振光束。
[0046] 具体地，使第一太赫兹波通过第一四分之一波片，以使第一太赫兹波转变为左旋偏振光束。使第二太赫兹波通过第二四分之一波片，以使第二太赫兹波转变为右旋偏振光束。进一步地，第一四分之一波片的快轴与第一太赫兹波的偏振方向正交。第二四分之一波片的慢轴与第一太赫兹波的偏振方向正交。这样，第一太赫兹波经过第一四分之一波片后便可以转换为左旋偏振光束。第二太赫兹波经过第二四分之一波片后便可转换为右旋偏振光束。左旋偏振光束的光能量的表达式为： 右旋偏振光束的光能量的表达式为： 左旋偏振光束是椭圆偏振光或圆偏振光。右旋偏振光束是椭圆偏振光或圆偏振光。一实施例中，左旋偏振光束和右旋偏振光束均为圆偏振光。
[0047] 步骤S144，将左旋偏振光束和右旋偏振光束叠加，形成复用波束。
[0048] 具体地，将左旋偏振光束和右旋偏振光束叠加后的复用光束的光能量的表达式为： 即 由复用波束的光能量可以看到，左旋偏振光束和右旋偏振光束的叠加态恰好为径向偏振光束，符合TM模。具体地，该叠加态是TM01模式的光束，符合裸金属线波导的传播模，即复用光束可以在裸金属线中进行传播。因此，通过对第一太赫兹波束和第二太赫兹波束的调制，最终合成了可以在裸金属线波导上传播的径向偏振太赫兹波束，实现通过裸金属线波导传输的两个携带轨道角动量的太赫兹波的信道的通信复用。
[0049] 图3为一实施例的携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信装置的示意图。该携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信装置用于在预设波导中传输太赫兹频段的电磁波。该通信装置包括：
[0050] 获取模块120，用于获取至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波；其中，至少两个携带光学轨道角动量的太赫兹波包括第一太赫兹波和第二太赫兹波，第一太赫兹波携带的光学轨道角动量和第二太赫兹波携带的光学轨道角动量的模态不同；
[0051] 调制模块140，用于对第一太赫兹波和第二太赫兹波进行调制，得到复用波束；其中，复用波束的传播模与预设波导的传播模相一致；
[0052] 传输模块160，使复用波束通过预设波导传输至目标，以实现第一太赫兹波和第二太赫兹波的信道复用。
[0053] 上述携带光学轨道角动量的太赫兹波的通信装置，对携带不同模态的光学轨道角动量的第一太赫兹波和第二太赫兹波进行调制后得到复用波束。复用波束的传播模与预设波导的传播模相一致。这样，复用波束就可以在预设波导中传播。即携带不同信号的第一太赫兹波和第二太赫兹波可以在同一波导中传播，从而实现携带光学轨道角动量的两太赫兹波的信道复用。因此，对于一定的太赫兹通信链路来讲，上述方法实现了信道复用，可以扩充该太赫兹通信链路的通信容量，从而提高通信效率。
[0054] 一实施例中，调制模块140还用于将第一太赫兹波转变为左旋偏振光束，将第二太赫兹波转变为右旋偏振光束；调制模块还用于将左旋偏振光束和右旋偏振光束叠加，形成复用波束。
[0055] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本
说明书记载的范围。
[0056] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
