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Diffractive deep neural network based adaptive optics scheme for vortex beam in oceanic turbulence

光学 失真(音乐) 相位畸变 物理 自适应光学 旋涡 梁(结构) 涡流 相(物质) 光束 光电子学 CMOS芯片 量子力学 热力学 放大器
作者
Haichao Zhan,Yi-Xiang Peng,Bing Chen,Le Wang,Wennai Wang,Shengmei Zhao
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:30 (13): 23305-23305 被引量:29
标识
DOI:10.1364/oe.462241
摘要

Vortex beam carrying orbital angular momentum (OAM) is disturbed by oceanic turbulence (OT) when propagating in underwater wireless optical communication (UWOC) system. Adaptive optics (AO) is a powerful technique used to compensate for distortion and improve the performance of the UWOC system. In this work, we propose a diffractive deep neural network (DDNN) based AO scheme to compensate for the distortion caused by OT, where the DDNN is trained to obtain the mapping between the distortion intensity distribution of the vortex beam and its corresponding phase screen representing OT. In the experiment, the distorted vortex beam is input into the DDNN model where the diffractive layers are solidified and fabricated, and the intensity distribution of the modulated light field of the vortex beam can be recorded. The experiment results show that the proposed scheme can extract quickly the characteristics of the intensity pattern of the distorted vortex beam, and the predicted compensation phase screen can correct the distortion caused by OT in time. The mode purity of the compensated vortex beam is significantly improved, even with a strong OT. Our scheme may provide a new avenue for AO techniques, and is expected to promote the communication quality of UWOC system immediately.
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