本文選題：光學(xué)渦旋　切入點(diǎn)：光通信　出處：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,光學(xué)渦旋作為一種攜帶軌道角動量的特殊光束,因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)化螺旋相位波前以及暗中空的光強(qiáng)分布,使得其在光學(xué)操縱、光信息處理、光子計(jì)算機(jī)、量子通信、自由空間光通信領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。特別是,基于渦旋光束的軌道角動量通信已成為近年來光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)中,信息載波調(diào)制維度主要基于平面波,利用振幅、相位、頻率、偏振態(tài)四個(gè)自由度作為信息的調(diào)制/復(fù)用,隨之發(fā)展而來的技術(shù)包括調(diào)幅、調(diào)相、WDM、PDM等多種通信技術(shù)。而光學(xué)渦旋在平面波振幅、相位、頻率以及偏振的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)新的維度——軌道角動量。并且,理論上來說,渦旋光束能夠攜帶無窮正交的軌道角動量態(tài),使用軌道角動量來進(jìn)行信息的調(diào)制以及復(fù)用有望大幅提高光波的頻譜利用率和通信容量。同時(shí),由于OAM與其它物理量之間彼此獨(dú)立,因此OAM通信技術(shù)能與現(xiàn)有的WDM、PDM等技術(shù)有機(jī)融合,實(shí)現(xiàn)OAM通信與傳統(tǒng)光通信的無縫兼容。本文利用數(shù)值仿真的方法,探討了雙值渦旋光束在自由空間的傳輸特性,并通過改進(jìn)達(dá)曼光柵實(shí)現(xiàn)了OAM信道的均衡,利用多值相息圖來實(shí)現(xiàn)多路OAM光通信的復(fù)用及解復(fù)用。本文的主要工作內(nèi)容如下所示:(1)分析了國內(nèi)外通信技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀,指出光學(xué)渦旋在光通信研究領(lǐng)域巨大的研究價(jià)值,并簡單探討了光學(xué)渦旋可用于提高自由空間光通信系統(tǒng)通信容量的工作機(jī)理。(2)介紹探討光學(xué)渦旋的基本理論和常見的產(chǎn)生方法,研究了光學(xué)渦旋在不同強(qiáng)度大氣湍流影響下,相位和光強(qiáng)結(jié)構(gòu)的變化趨勢,及基于渦旋光束的OAM光通信如何有效的抵抗大氣湍流的影響和提高通信系統(tǒng)性能的方法。(3)研究了雙值LG高斯光束在自由空間中的傳輸特性,探討了雙值渦旋光束的相位和強(qiáng)度分布規(guī)律以及如何利用這種分布規(guī)律實(shí)現(xiàn)雙值渦旋光束的產(chǎn)生和渦旋態(tài)檢測,這為OAM光通信中實(shí)現(xiàn)快速判決渦旋態(tài)提供參考。(4)研究了達(dá)曼渦旋光柵在OAM光通信系統(tǒng)中的缺陷,并通過改進(jìn)常見的達(dá)曼渦旋光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的均勻分布,通過對OAM光通信中各OAM信道的的均衡,提高了誤碼性能。(5)設(shè)計(jì)了一種新型多值光學(xué)渦旋相息圖,并將其應(yīng)用于OAM自由空間光通信系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了四路OAM光束的復(fù)用/解復(fù)用,這種多值光學(xué)渦旋相息圖有望于在未來的OAM光通信中得到廣泛應(yīng)用。
[Abstract]:In recent years, optical vortex, as a special beam with orbital angular momentum, has been used in optical manipulation, optical information processing, photonic computer, quantum communication, due to its unique structured helical phase front and dark space light intensity distribution.The field of free space optical communication has an important application prospect.In particular, orbital angular momentum communication based on vortex beam has become one of the research hotspots in the field of optical communication in recent years.In the traditional optical communication system, the dimension of information carrier modulation is mainly based on plane wave. The four degrees of freedom of amplitude, phase, frequency and polarization state are used as modulation / multiplexing of information.Phase modulation WDMN PDM and other communication technologies.The optical vortex adds a new dimension, orbital angular momentum, to the amplitude, phase, frequency and polarization of the plane wave.Moreover, in theory, vortex beams can carry an infinite orthogonal orbital angular momentum state. The use of orbital angular momentum to modulate and multiplexing information is expected to greatly improve the spectral efficiency and communication capacity of optical waves.At the same time, because the OAM and other physical quantities are independent of each other, the OAM communication technology can be integrated with the existing WDMPM-PDM technology to realize the seamless compatibility between OAM communication and traditional optical communication.In this paper, the propagation characteristics of two-valued vortex beams in free space are discussed by means of numerical simulation. The OAM channel equalization is realized by improving the Darman grating, and the multiplexing and demultiplexing of multichannel OAM optical communication is realized by using multi-valued phase information graph.The main work of this paper is as follows: (1) the present situation of communication technology at home and abroad is analyzed, and the great research value of optical vortex in the field of optical communication is pointed out.The working mechanism of optical vortex which can be used to improve the communication capacity of optical communication system in free space is briefly discussed. The basic theory and common generating methods of optical vortex are introduced. The influence of optical vortex on atmospheric turbulence with different intensity is studied.The variation trend of phase and intensity structure, and how the OAM optical communication based on vortex beam can effectively resist the influence of atmospheric turbulence and improve the performance of communication system.) the propagation characteristics of double-valued LG Gao Si beam in free space are studied.In this paper, the phase and intensity distribution of two-valued vortex beam is discussed, and how to use this distribution law to realize the generation of double-valued vortex beam and the detection of vortex state are discussed.This paper studies the defect of Darman vortex grating in OAM optical communication system, and realizes the uniform distribution of light intensity by improving the structure of Darman vortex grating.By equalizing each OAM channel in OAM optical communication, the error-code performance is improved. (5) A new multi-valued optical vortex phase graph is designed and applied to OAM free-space optical communication system to realize the multiplexing / demultiplexing of four-channel OAM beams.This multi-valued optical vortex phase map is expected to be widely used in the future OAM optical communication.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

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本文編號：1714324