【摘要】：隨著光波探測成像和無線光通信技術(shù)的快速進(jìn)步,光波(電磁波)在隨機(jī)介質(zhì)和光學(xué)系統(tǒng)中的傳播和演化規(guī)律越來越受到技術(shù)界的高度重視。本文以光波成像和通信等應(yīng)用需求為背景,研究平面波、球面波和部分相干激光束以及攜帶有軌道角動(dòng)量的電磁波束在滿足非柯爾莫哥諾夫統(tǒng)計(jì)特性和各向異性的湍流介質(zhì)中的傳輸演化規(guī)律以及作為通信載波在湍流信道中傳送信息的能力。基于修正Rytov理論,在小尺度閃爍被大尺度閃爍調(diào)制的框架下,研究了部分相干高斯激光束通過強(qiáng)起伏非柯爾莫哥諾夫湍流傳輸?shù)膹?qiáng)度起伏以及閃爍平滑效應(yīng),得到了孔徑接收條件下該光束強(qiáng)度起伏的半解析表達(dá)式；在Gamma-Gamma信道衰落模型下,研究了基于高斯-謝爾光束的自由空間光學(xué)系統(tǒng)的各態(tài)歷經(jīng)信道容量；分析了湍流譜指數(shù)、光源空間相干性以及接收孔徑尺寸對信號(hào)閃爍和通信容量的影響。采用弱起伏理論和廣義的大氣湍流譜模型,獲得了高斯-謝爾光束通過非柯爾莫哥諾夫湍流傳輸強(qiáng)度起伏的近似表達(dá)式,以及球面波和平面波閃爍方差的解析表達(dá)式；分析了湍流內(nèi)外尺度和譜指數(shù)對光束閃爍特性的影響規(guī)律；在對數(shù)-正態(tài)信道衰落模型下,研究了該自由空間光學(xué)系統(tǒng)的通信性能。采用Rytov近似和廣義的大氣湍流譜,在弱起伏條件下,研究了時(shí)間積分的平面波閃爍方差。另外,利用廣義Von-Karmon譜和圓環(huán)孔徑濾波函數(shù),研究了弱起伏條件下球面波在非柯爾莫哥諾夫湍流中傳輸閃爍的圓環(huán)孔徑接收平均因子；分析了湍流譜指數(shù)、內(nèi)尺度對圓環(huán)孔徑平均效應(yīng)的影響。采用廣義惠更斯-菲涅爾原理和部分相干光束通過ABCD光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)目铝炙构?推導(dǎo)得到了多高斯-謝爾模型光束通過失調(diào)光學(xué)系統(tǒng)演化的互譜密度的解析表達(dá)式,以及在非柯爾莫哥諾夫湍流中光束擴(kuò)展的精確表達(dá)式；分析了湍流內(nèi)外尺度及譜指數(shù)對該光束擴(kuò)展的影響。焦面處場的譜相干度變?yōu)楦咚咕�型；湍流內(nèi)尺度和該光源的相關(guān)尺度及譜指數(shù)對湍流大氣中該光束的展寬影響顯著。采用光波在湍流介質(zhì)中存在光學(xué)系統(tǒng)時(shí)的波束傳輸理論,推導(dǎo)得到了貝塞爾-高斯-謝爾模型光束和拉蓋爾-高斯-謝爾模型光束傳輸演化的譜密度單重積分表達(dá)式和光束擴(kuò)展的解析式；分析了光源空間相干參數(shù)和湍流參數(shù)對該類光束演化的影響。采用電磁波束的軌道角動(dòng)量理論,研究了幾類部分空間相干光束的OAM譜特性,結(jié)果表明：不同部分空間相干性的光束有著顯著不同的OAM譜特性。為了進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的容量,把OAM復(fù)用技術(shù)與多輸入多輸出技術(shù)結(jié)合,研究了圓對稱7X7毫米波準(zhǔn)光陣列系統(tǒng)的通信容量；分析表明OAM技術(shù)與MIMO結(jié)合可以極大提高系統(tǒng)容量,然而收發(fā)端陣列指向的偏移誤差對MIMO-OAM系統(tǒng)容量有顯著影響。推導(dǎo)得到了球面波在各向異性非柯爾莫哥諾夫湍流中傳輸?shù)南辔唤Y(jié)構(gòu)函數(shù)及波結(jié)構(gòu)函數(shù),基于該波結(jié)構(gòu)函數(shù)和微擾理論,研究了湍流的各向異性特性對單光子軌道角動(dòng)量譜特性的影響,分析了不同湍流條件下接收到原始發(fā)送OAM態(tài)的概率；進(jìn)而計(jì)算了利用11個(gè)不同態(tài)傳輸時(shí)的信道容量。在強(qiáng)起伏條件下,推導(dǎo)得到了LG光束通過各向異性湍流傳輸?shù)幕プV密度的解析式,基于互譜密度進(jìn)而分析了強(qiáng)起伏各向異性湍流中LG光束OAM譜的彌散特性；結(jié)果表明強(qiáng)起伏湍流中,光束的OAM自由度難以用于自由空間光通信。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 蒲繼雄;蒲鴻猷;;光闌對部分相干光束模式的影響[J];應(yīng)用激光;1991年04期

2 饒連周;陳子陽;蒲繼雄;;部分相干光束經(jīng)刀邊衍射產(chǎn)生的光譜變化[J];量子電子學(xué)報(bào);2007年01期

3 ;[J];;年期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 馮濤;林強(qiáng);;部分相干光束在擾動(dòng)大氣中的傳輸[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 張永濤;部分相干光束的傳輸及散射特性研究[D];蘇州大學(xué);2015年

2 徐華鋒;特殊關(guān)聯(lián)部分相干光束傳輸與緊聚焦特性的理論研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

3 劉夏吟;非高斯關(guān)聯(lián)部分相干光束的傳輸與光學(xué)捕獲研究[D];浙江大學(xué);2016年

4 倉吉;湍流介質(zhì)中部分相干光束與渦旋電磁束傳輸?shù)娜舾蓡栴}及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2016年

5 吳高鋒;部分相干光束的產(chǎn)生、傳輸及自修復(fù)特性研究[D];蘇州大學(xué);2015年

6 王賀;徑向偏振部分相干光束的傳輸[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

7 朱時(shí)軍;標(biāo)量和矢量部分相干光束的理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];蘇州大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 梁春豪;部分相干光束理論、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生與傳輸以及緊聚焦特性研究[D];蘇州大學(xué);2016年

2 陳婷婷;部分相干光束通過復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的傳輸[D];江蘇大學(xué);2008年

3 劉顯龍;部分相干光束的傳輸及成像研究[D];蘇州大學(xué);2013年

4 陳媛;部分相干光束聚焦特性的研究[D];華僑大學(xué);2008年

5 鄺愛華;非傍軸部分相干光束傳輸[D];電子科技大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：2332952