發(fā)布時(shí)間：2020-07-25 08:36

【摘要】：隨著渦旋光束在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用,產(chǎn)生具有高質(zhì)量的渦旋光束已成為重中之重。我們知道可以在自由空間中或光纖中產(chǎn)生渦旋光束,其中在光纖中的產(chǎn)生方法不僅簡(jiǎn)化光學(xué)結(jié)構(gòu),而且相位純度更高。本文針對(duì)幾種能夠傳輸渦旋模式的光纖結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,選擇纖芯折射率為倒拋物線型的光纖,通過在纖芯與包層中間添加一層低折射率層設(shè)計(jì)成一種新型結(jié)構(gòu)的光纖。具體工作如下:1、光纖中產(chǎn)生渦旋光束的基本理論公式推導(dǎo),根據(jù)光纖模式耦合理論,采用同階矢量模式的奇模與偶模疊加得到光纖中的軌道角動(dòng)量模式,為渦旋光束的激發(fā)提供理論依據(jù)。2、對(duì)倒拋物線型的光纖結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),在其纖芯與包層之間添加一層低折射率層構(gòu)成了新型結(jié)構(gòu)。在歸一化工作頻率的計(jì)算下得到可容納的矢量模式數(shù)目,通過數(shù)值計(jì)算了新型光纖中各個(gè)矢量模式的有效折射率、有效折射率差。仿真可容納渦旋光束的光強(qiáng)、相位以及線偏模LP的模場(chǎng)分布。證明了該光纖可容納高階軌道角動(dòng)量模場(chǎng),得到該光纖可支持9種矢量模式,可容納拓?fù)浜蓴?shù)為3的軌道角動(dòng)量(Orbital angular momentum,OAM)模式。3、分析了設(shè)計(jì)的新型光纖產(chǎn)生渦旋光束的影響因素。設(shè)計(jì)該光纖結(jié)構(gòu)在能夠有效地使矢量模式進(jìn)行分離,并發(fā)現(xiàn)對(duì)越高階的矢量模式其分離效果越好。之后并分析了倒拋物線型光纖的半徑及折射率差的變化對(duì)光纖可容納OAM模式階數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:設(shè)計(jì)的新型光纖結(jié)構(gòu),在倒拋物線分布型光纖的纖芯與包層中間添加一層低折射率層,增大了纖芯的內(nèi)外折射率差,使容納OAM模式數(shù)目增多,并仿真驗(yàn)證光纖可容納的矢量模式、OAM模式;計(jì)算有效折射率差可知光纖對(duì)越高階的矢量模式其分離效果越好;分析了設(shè)計(jì)的新型光纖產(chǎn)生渦旋光束的影響因素,為改變光纖參數(shù)對(duì)以后研究光纖中高階渦旋光束的傳輸與生成打下基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN253
【圖文】：

西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文高階軌道角動(dòng)量模場(chǎng)傳輸光纖的設(shè)計(jì)研究，利用纖芯為倒拋物與包層之間增加低折射率層構(gòu)成了新型結(jié)構(gòu)的光纖。通過歸一可支持的模式數(shù)目，分析其矢量模式間分離的效果，最后討論分布對(duì)于光纖可容納渦旋光束模式數(shù)目的影響。總結(jié)與展望，總結(jié)全文工作，接著對(duì)利用光纖產(chǎn)生渦旋光束的提出了亟待解決的問題。研究?jī)?nèi)容及架構(gòu)如圖 1-1 所示：

其光波攜帶定量的 OAM，根據(jù)光矢量的旋轉(zhuǎn)方向人們將渦旋光束分為左旋渦旋光束與右旋渦旋光束圖2-1[61,67]。(a) l= +1 (b) l= -1(a) l= +1 (b) l= -1圖 2-1 渦旋光束的螺旋相位示意圖Fig. 2-1The spiral phase diagram of vortex beams我們可利用渦旋光束的正交性作為一種新的復(fù)用機(jī)制，因?yàn)槠湓诶碚撋洗嬖跓o限多組的正交基，可豐富光通信的復(fù)用技術(shù)[67]。渦旋光束攜帶的 OAM 具有徑向與角向，利用角向的不確定性為信息傳輸方面帶來了保密性與更高的安全性。渦旋光束根據(jù)偏振與相位特性可分為偏振渦旋與相位渦旋即OAM光束，其中偏振渦旋與SAM有關(guān)，相位渦旋與OAM有關(guān)[61]。接下來從偏振與相位這兩個(gè)特性進(jìn)行闡述。A. 渦旋光束的偏振特性偏振渦旋也稱為矢量光束，根據(jù)其偏振形態(tài)的空間分布，將其分為均勻偏振光與非均勻偏振光束。我們知道均勻偏振光有：線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光與部分偏振光等,而在非均勻偏振光中圓柱形矢量光束比較特殊，其偏振態(tài)呈軸對(duì)稱分布。以下圖 2-2 為這種圓柱形矢量光束，可將其稱為偏振渦旋光束。

(a) 徑向偏振光 (b) 角向偏振光(a) Radially polarized light (b)Angularly polarized lig圖 2-2 矢量渦旋光束的強(qiáng)度分布與偏振特性[61]Fig. 2-2 Intensity Distribution and Polarization Characteristicsof Vector Vortex Beams[61]振的高斯光束與矢量渦旋光束通過高數(shù)值的孔徑透鏡(Numerical A理角度可直觀的觀察到兩束光束復(fù)雜的偏振[67]。圖 2-3 表示了經(jīng)過與徑向偏振光束的聚焦特性。(a) 高斯光束導(dǎo)致復(fù)雜的偏振(a) Gaussian beam causes complex polarization

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮文艷;付棟之;王云龍;張沛;;軌道角動(dòng)量模式識(shí)別方法綜述[J];物理實(shí)驗(yàn);2019年02期

2 梁彬;程建春;;聲波的“漩渦”——聲學(xué)軌道角動(dòng)量的產(chǎn)生、操控與應(yīng)用[J];物理;2017年10期

3 施帥;丁冬生;周志遠(yuǎn);李巖;張偉;史保森;;軌道角動(dòng)量光的區(qū)分[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

4 ;光子軌道角動(dòng)量的應(yīng)用與發(fā)展——記中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔡鑫倫課題組及其研究學(xué)科[J];科學(xué)中國(guó)人;2016年34期

5 魏克軍;;軌道角動(dòng)量技術(shù)在無線通信中的應(yīng)用[J];電信網(wǎng)技術(shù);2013年09期

6 柯熙政;呂宏;武京治;;基于光軌道角動(dòng)量的光通信數(shù)據(jù)編碼研究進(jìn)展[J];量子電子學(xué)報(bào);2008年04期

7 ;為什么軌道角動(dòng)量不能是銈／2?[J];物理學(xué)報(bào);1997年05期

8 王明泉;;求解軌道角動(dòng)量本征值的一種簡(jiǎn)單方法[J];黃淮學(xué)刊(自然科學(xué)版);1989年S1期

9 ;連續(xù)超表面:產(chǎn)生任意渦旋光[J];光電工程;2017年01期

10 周斌;駱青君;;全光纖光子軌道角動(dòng)量模式研究[J];華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 賈俊亮;付棟之;張沛;;利用穩(wěn)定干涉系統(tǒng)區(qū)分光子軌道角動(dòng)量[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

2 章獻(xiàn)民;;射頻軌道角動(dòng)量及其應(yīng)用[A];2015年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2015年

3 陸亮亮;徐平;鐘馬林;柏艷飛;祝世寧;;非線性光子晶體中的軌道角動(dòng)量糾纏[A];第十六屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2014年

4 張欽偉;李文東;顧永建;張沁心;;單光子軌道角動(dòng)量在海洋湍流中傳輸特性[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

5 張狂;袁樂眙;王禹翔;丁旭e

本文編號(hào)：2769588