光學渦旋(OV),也稱為渦旋光束,是一種具有螺旋相位波前的特殊光場,每個光子均攜帶確定大小的軌道角動量(OAM),理論上具有無限多的本征態(tài),與光波的波長、時隙、偏振、幅相特性一樣,可以利用相互正交的每一階軌道角動量作為一個獨立信道來傳輸信息,為提高光通信的速率和容量提供了一種全新的復(fù)用維度。因此基于渦旋光束的軌道角動量復(fù)用技術(shù)得到了通信界的高度關(guān)注。本文對軌道角動量在自由空間光通信中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題展開了深入研究,根據(jù)液晶空間光調(diào)制器(SLM)的特性提出了一種提高渦旋光束能量轉(zhuǎn)換效率的新方法,并基于完美渦旋光束理論,實現(xiàn)了一種新型OAM復(fù)用的空間光通信鏈路,同時深入地研究了該通信鏈路在大氣湍流擾動下的性能。論文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點主要包括:提出了一種提高OV能量轉(zhuǎn)換效率的新方法。基于SLM生成OV的方法,通過在計算全息圖(CGH)中引入數(shù)字閃耀叉型光柵技術(shù),有效地改善了渦旋光束的生成質(zhì)量和轉(zhuǎn)換能效。詳細地研究了 SLM性能參數(shù)、全息圖和OV能量轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系,利用光柵理論,對SLM加載數(shù)字閃耀叉型光柵全息圖時的衍射場建立了數(shù)學模型,定量地分析了衍射光場中+1衍射級OV的衍射角度和轉(zhuǎn)換...

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２．２自旋角動量與軌道角動量??根據(jù)電動力學理論，光子角動量密度矢量是位置矢量ｒ與動量密度方的??叉乘的結(jié)果：??Ｍ?＝?６＇０ｒｘ（ｊＥ，ｘ?Ｂ）

??用Ｌ表示ｆ１Ｑ７］。如圖２．２所示，為近軸條件下，光子自旋角動量與軌道角動量的??示意圖。１９９２年，Ａｌｌｅｎ首次通過柱透鏡的疊加實現(xiàn)不同軌道角動量的光子轉(zhuǎn)換，??并實驗測量軌道角動量的傳遞與轉(zhuǎn)換，證實了拉蓋爾高斯光束的確存在軌道角動??量。這一研究為光學渦旋的諸多特性與應(yīng)....

圖２．３光學渦旋主要的徑向參數(shù)??在近軸條件下，拉蓋爾高斯�？梢越茷楹漳坊羝澐匠蹋玻保兜慕�

（Ｓ／ｊ?＋?ｌ／ｌ?＋?ＵａｒｃｔａｒＫｒ／Ｚ／；）為古伊（Ｇｏｕｙ）相位：注意到這里的／＾是）義拉蓋爾多??項式，它是一個遞歸多項式。??圖２．４給出了拓撲荷／為１，徑向量子數(shù)ｐ不同的拉蓋爾高斯渦旋光束光強??的數(shù)值模擬結(jié)果、實驗生成結(jié)果以及對應(yīng)的相位分布。除了周圍有旁瓣（后....

圖2.5BG渦旋光束的強度及相位分布

｝＿：海大學博士學位論文???２．１．２貝塞爾高斯（Ｂｅｓｓｅｌ－Ｇａｕｓｓｉａｎ，ＢＧ）禍旋光束??零階貝塞爾光束因其具有無衍射和可重建特性引起了眾多科研究者的興趣??在傳播的過程中，貝塞爾光束的光場強度分布不變，遇到障礙物后可以??恢復(fù)原有光場分布，因此在自由空間傳播時具有一....

圖２．６?／＝１的艾里高斯渦旋光束強度數(shù)值模擬結(jié)果及其相位分布??

ｅ，?ｚ）：＝０?＝?Ｅ０Ｊ，（Ｋｒ，ｒ）ｅｘｐ（ｉ／６＞）ｅｘｐ（－ｒ２?／?ｃｏ０２）?（２．２３）??圖２．５展示了對ＢＧ渦旋光束的數(shù)值仿真結(jié)果、實驗生成結(jié)果以及對應(yīng)的相??位分布。可見ＢＧ渦旋光束光強呈同心圓分布，這是由修正貝塞爾函數(shù)震蕩的無??限拖尾形成的。相鄰光環(huán)之間....

本文編號：4031492