本文關(guān)鍵詞：大氣湍流中渦旋光束的漂移特性及補(bǔ)償技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自由空間光通信因具有高容量、高速率等優(yōu)勢(shì),近年來(lái)受到了學(xué)者們廣泛的重視和研究。利用渦旋光束作為傳遞信息的載體在自由空間傳輸?shù)耐ㄐ欧绞綕摿薮�。渦旋光束是一種具有獨(dú)特螺旋相位波前,在渦旋中心光強(qiáng)為零,且攜帶軌道角動(dòng)量的奇異光束。傳統(tǒng)的編碼方式是利用光子偏振態(tài)編碼,通信容量低下；而利用軌道角動(dòng)量編碼,不僅使傳輸?shù)男畔⒘吭龃?并且增加了安全性,這些優(yōu)良特性使其在自由空間光通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。然而,渦旋光束通過(guò)自由空間的傳輸過(guò)程中,由于大氣湍流的影響產(chǎn)生光強(qiáng)畸變、光束漂移、光束擴(kuò)展等效應(yīng),造成光束幅度相位失真,破壞信息完整性。 本文針對(duì)上述問(wèn)題著重研究了在大氣湍流下渦旋光束的傳輸特性,分析了渦旋光束拓?fù)浜蓪?duì)渦旋光束渦旋中心漂移的影響,并采用新穎的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)中的波前重構(gòu)法對(duì)渦旋光束的畸變相位進(jìn)行補(bǔ)償,提高通信系統(tǒng)性能,具體工作如下： 首先,以拉蓋爾高斯光束為研究對(duì)象,理論分析在弱大氣湍流環(huán)境下,拓?fù)浜蔀?的渦旋光束的漂移現(xiàn)象,推導(dǎo)出在接收平面渦旋中心坐標(biāo)(x,y)的概率分布,結(jié)果表明渦旋中心坐標(biāo)位置呈高斯分布；在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性的結(jié)合相位屏法和渦旋中心探測(cè)法對(duì)渦旋光束的漂移現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬,進(jìn)一步對(duì)拓?fù)浜蓴?shù)為1、5、10、15的拉蓋爾高斯光束的渦旋中心位置分布情況進(jìn)行仿真分析,模擬結(jié)果表明在拓?fù)浜蓴?shù)為1時(shí),渦旋中心位置分布符合高斯分布,即渦旋中心在接收平面中心的概率最大,與理論推導(dǎo)結(jié)果一致,隨著拓?fù)浜蓴?shù)逐漸增大,渦旋中心位置的高斯分布情況越來(lái)越不明顯,渦旋中心落在接收平面的概率減小,在中心區(qū)域以外隨機(jī)漂移概率增加。結(jié)果表明,在弱湍流情況下,渦旋光束的拓?fù)浜蓴?shù)越高,渦旋中心的漂移現(xiàn)象越嚴(yán)重,即大氣湍流對(duì)高階渦旋光束的影響更大。該結(jié)論對(duì)研究渦旋光束在大氣湍流中的傳播特性方面有一定意義。 其次,引入自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)對(duì)渦旋光束畸變相位進(jìn)行補(bǔ)償。由于渦旋光束主要利用特殊的螺旋相位進(jìn)行信息傳遞,并且相位畸變對(duì)渦旋光束的影響更大,因此本文對(duì)渦旋光束的相位重構(gòu)進(jìn)行了探討。采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)波前重構(gòu)的迭代算法,利用被大氣湍流擾動(dòng)的渦旋光束的光強(qiáng)信息對(duì)相位信息進(jìn)行恢復(fù),創(chuàng)新性的將GS迭代算法的初始隨機(jī)相位替換為一階螺旋相位,在弱湍流環(huán)境下,針對(duì)渦旋光束的波前補(bǔ)償效果顯著,低階渦旋光束的相位信息幾乎可以完全恢復(fù)。該研究成果采用經(jīng)典方法對(duì)渦旋光束畸變相位進(jìn)行補(bǔ)償,提高了傳輸信息的完整性,改善了信噪比,增強(qiáng)了整個(gè)渦旋光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：自由空間光通信 渦旋光束 軌道角動(dòng)量 光束漂移 自適應(yīng)光學(xué)
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)12-15
• 1.2.1 自由空間光通信研究動(dòng)態(tài)12-14
• 1.2.2 軌道角動(dòng)量在無(wú)線光通信中應(yīng)用的研究動(dòng)態(tài)14
• 1.2.3 自適用光學(xué)技術(shù)研究動(dòng)態(tài)14-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第二章 激光在大氣湍流中的傳輸理論16-34
• 2.1 大氣湍流模型16-20
• 2.1.1 大氣湍流的形成16
• 2.1.2 大氣湍流折射率起伏模型16-17
• 2.1.3 大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)17-18
• 2.1.4 大氣湍流功率譜18-20
• 2.2 激光在大氣湍流中的傳輸理論20-26
• 2.2.1 激光在自由空間中的傳輸20-22
• 2.2.2 激光在弱湍流中的傳輸22-23
• 2.2.3 Born近似23-25
• 2.2.4 Rytov近似25-26
• 2.3 大氣湍流對(duì)激光傳輸?shù)挠绊?/span>26-33
• 2.3.1 強(qiáng)度起伏27-28
• 2.3.2 相位起伏28-30
• 2.3.3 光束擴(kuò)展30
• 2.3.4 光束漂移30-32
• 2.3.5 到達(dá)角起伏32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 大氣湍流中渦旋光束的漂移特性研究34-51
• 3.1 渦旋光束基本理論34-39
• 3.1.1 渦旋光束的數(shù)學(xué)描述34-35
• 3.1.2 渦旋光束的分類35-37
• 3.1.3 渦旋光束的軌道角動(dòng)量特性37-39
• 3.2 渦旋光束漂移特性理論分析39-43
• 3.3 渦旋光束漂移特性數(shù)值模擬43-49
• 3.3.1 大氣湍流相位屏43-46
• 3.3.2 渦旋光束漂移模擬結(jié)果46-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第四章 自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償系統(tǒng)51-67
• 4.1 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的原理51-52
• 4.2 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的組成52-54
• 4.2.1 波前傳感器52-53
• 4.2.2 波前控制器53-54
• 4.2.3 波前校正器54
• 4.3 波前重構(gòu)理論54-65
• 4.3.1 信號(hào)重構(gòu)理論55-59
• 4.3.2 由斜率重構(gòu)波前理論59-63
• 4.3.3 由波前強(qiáng)度重構(gòu)波前相位理論63-65
• 4.4 渦旋光束波前重構(gòu)模擬分析65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第五章 總結(jié)與展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-73
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄73

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：大氣湍流中渦旋光束的漂移特性及補(bǔ)償技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：281861