攜帶軌道角動量（Orbital Angular Momentum,OAM）的渦旋光束具有相位奇點且波前相位呈螺旋結構分布。在OAM復用通信系統(tǒng)中因OAM模式之間具有正交性,則在同一波長上可實現OAM復用,使其在信息編碼,信息傳輸和數據存儲等方面有著廣泛的應用。本文以OAM復用通信系統(tǒng)為背景,研究了多環(huán)渦旋光束的產生及其在大氣湍流中的傳輸特性,主要工作如下:1、介紹了常見的渦旋光束類型,并以典型的拉蓋爾-高斯光束為例,推導了正交疊加產生雙環(huán)及三環(huán)渦旋光束的光強和相位表達式,仿真分析了不同光源參數情況下多環(huán)渦旋光束的光強和相位分布特性,給出了多環(huán)渦旋光束的光強和相位分布隨著單個渦旋光束拓撲荷數改變時的變化規(guī)律。2、搭建了利用空間光調制器產生雙環(huán)渦旋光束的實驗平臺,實現了在同號和異號的拓撲荷數情況下雙環(huán)渦旋光束的產生,驗證了多環(huán)渦旋光束產生的合理性和有效性。3、理論研究了雙環(huán)渦旋光束的傳輸機理,并利用隨機相位屏模擬了大氣湍流介質,繼而研究了雙環(huán)渦旋光束在不同大氣湍流強度下傳輸后光強和相位分布的變化情況。研究結果表明:正交疊加后產生的多環(huán)渦旋光束是互相獨立的,其內環(huán)為拓撲荷數絕對值最小的渦旋光... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

理想螺旋相位板[75]

西安理工大學碩士學位論文16圖2-6空間光調制器Fig.2-6SpatialLightModulatorSLM法屬于計算全息法的一種，它采用SLM代替了全息光柵，操作簡單便捷。將設計的全息圖直接加載到SLM上，利用光照射SLM便可得到渦旋光束。具體光路如圖2-7所示，He-Ne激光器發(fā)出的光束經擴束器擴束后入射到加載全息光柵的SLM上，生成渦旋光束。偏振片空間光調制器光學相機計算機He-Ne激光器圖2-7SLM法產生渦旋光束的實驗裝置圖Fig.2-7ExperimentalsetupdiagramofvortexbeamgeneratedbySLMmethodSLM法相比較計算全息法的優(yōu)點是，通過改變輸入的信息，會產生不同樣式的全息圖，則會制備出不同的渦旋光束，應用時非常方便快捷。SLM法相比較螺旋相位板法的優(yōu)點是成本較低，一個SPP只能產生種類比較少的渦旋光束，如需出現不同數值的渦旋光束，則需多個SPP，此時成本較大。利用SLM法產生的渦旋光束的質量較好。2.3常見渦旋光束2.3.1拉蓋爾高斯光束拉蓋爾高斯光束是最典型的一種渦旋光束，其振幅表達式為[76]：22222222!122,,exp()!()()expexp21exp2llLGpRprrrErzLlpwzwzwzwzikrziplilzz(2-19)其中

西安理工大學碩士學位論文26SLM1準直擴束系統(tǒng)He-Ne激光器光束分析儀偏振分束器合束器偏振片2偏振片1SLM2圖3-3正交疊加產生雙環(huán)渦旋光束的實驗裝置Fig.3-3Experimentaldevicediagramforgeneratingdouble-ringvortexbeamsbyorthogonalsuperposition.實驗中使用的光束分析儀BeamGage由Ophir-Spiricon有限公司生產，它的型號為SP907，生產成本比較低。該光束分析儀的適用波長范圍為190~1100nm，像素數為2752*2192。具有高速度、高分辨率的特點，支持多場合多相機使用，支持網絡共享相機，具有多種日志方法的結果和數據日志記錄能力。光束分析儀的實物圖如圖3-4所示。圖3-4光束分析儀實物圖Fig.3-4Photographofbeamanalyzer正交疊加產生雙環(huán)渦旋光束的實驗中采用的SLM的型號為RL-R2-SLM，是一種純相位反射型SLM，液晶區(qū)域由1024*768個像素點組成，相位的調制范圍為0-2π，適合的波長范圍為400nm~700nm波段之間。SLM的實物圖如圖3-5所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]大氣湍流信道中渦旋光束傳輸特性研究[D]. 劉正.太原理工大學 2018
[2]基于渦旋光束的自由空間光通信系統(tǒng)傳輸性能研究[D]. 徐燦.北京郵電大學 2015
[3]渦旋光束的特性研究[D]. 陳志婷.燕山大學 2013
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本文編號：3332485