軌道角動量（Orbital Angular Momentum,OAM）復(fù)用為自由空間光通信提供了新的復(fù)用形式,可提高通信系統(tǒng)的信道容量。在OAM復(fù)用通信系統(tǒng)中,探索渦旋光束在大氣湍流中的傳輸機(jī)理成為OAM復(fù)用通信系統(tǒng)的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。本文針對大氣湍流中部分相干渦旋光束傳輸后的光強(qiáng)、偏振及其經(jīng)光闌等光學(xué)系統(tǒng)的衍射特性展開了研究,主要創(chuàng)新工作如下:（1）在渦旋光束中引入了部分相干的概念,建立了部分相干渦旋光源模型:拉蓋爾-高斯謝爾渦旋光束,探討了其遠(yuǎn)場平面上相位奇點(diǎn)與拓?fù)浜蓴?shù)之間的聯(lián)系,并分析了 Non-Kolmogorov 湍流對拉蓋爾-高斯渦旋光束的光強(qiáng)分布和光束擴(kuò)展的影響。研究發(fā)現(xiàn)拉蓋爾-高斯謝爾渦旋光束在遠(yuǎn)場平面上相位奇點(diǎn)的個數(shù)等于拓?fù)浜蓴?shù)的大小,這為其拓?fù)浜蓴?shù)的檢測提供了一種有效途徑。（2）建立了徑向部分相干渦旋光束陣列的數(shù)學(xué)模型,并利用廣義Huygens-Fresnel原理分析了徑向部分相干渦旋光束陣列在Non-Kolmogorov湍流中傳輸后的光強(qiáng)演化規(guī)律,討論了光源參數(shù)和Non-Kolmogorov湍流參數(shù)對其傳輸特性的影響。其光強(qiáng)分布的演化過程為由陣列光束首先轉(zhuǎn)換為環(huán)形... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１四路ＯＡＭ復(fù)用通信系統(tǒng)模型??Ｆｉｇ．?１－１?Ｆｏｕｒ?ＯＡＭ?ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｍｏｄｅｌ??

形式建立理論模型。通常情況下，激光諧振腔發(fā)出的基模光場，??其橫截面的振幅分布近似滿足高斯函數(shù)，故稱高斯光束。因其中心光強(qiáng)最強(qiáng)，能量比較集??中，則高斯光束是各類形式的光束中一種方便且被廣泛應(yīng)用的光束。??１９６６年，Ｋｏｇｅｌｎｉｋ和Ｌｉ［２］給出了波動方程的傍軸基模近似解一高斯光束、在直角坐??標(biāo)系下的高階近似解一厄米－高斯（Ｈｅｒｍｉｔｅ－Ｇａｕｓｓｉａｎ，?ＨＧ）光束以及在柱坐標(biāo)系下的高階近??似解一拉蓋爾－高斯（Ｌａｇｕｅｒｒｅ－Ｇａｕｓｓｉａｎ，?ＬＧ）光束，各階模式分布如圖１－２所示。無論是ＨＧ??光束還是高階ＬＧ光束，ＴＥＭｏｏ模式都為高斯光束。１９７５年，Ｌａｘ等人Ｗ從Ｍａｘｗｅｌｌ方程??出發(fā)，采用微擾級數(shù)法，即將場用束腰半徑和衍射長度之比的無量綱參數(shù)進(jìn)行級數(shù)展開，??得到了滿足Ｍａｘｗｅｌｌ方程傳統(tǒng)傍軸近似的零階表達(dá)式，同時也獲得了?Ｍａｘｗｅｌｌ方程的一??階、二階以及三階近似解，也就是說傳統(tǒng)傍軸近似理論忽略了高階修正項(xiàng)。１９７９年，Ｄａｖｉｓ［４］??使用電磁場的失量勢理論，假設(shè)電場的矢量勢為線偏振，其非零分量服從標(biāo)量波動方程，??所得結(jié)果與Ｌａｘ等人的結(jié)論是一致的［３］，但相比于Ｌａｘ等人必須求解矢量波動方程的方??法，Ｄａｖｉｓ提出的方法更為簡單。同年，Ａｇｒａｗａｌ［５］利用角譜表示法［６］獲得了高斯光束的準(zhǔn)??確解，給出了源平面上場的分布，其所得結(jié)果為級數(shù)形式，數(shù)值結(jié)果發(fā)現(xiàn)零階滿足傍軸波??動方程，且一階滿足Ｌａｘ等人所給出的微分方程。１９８９年，Ｂａｒｔｏｎ和Ａｌｅｘａｎｄｅｒ［７］給出了??描述電磁場分量的五階修正表達(dá)式，即為單色髙斯光束（會聚的ＴＥＭｏｏ模式）。相比于常規(guī)??零階近似，

常數(shù)，選擇合適常數(shù)可使得（２－１４）式得到歸一化。戶和／分別為高階ＬＧ光束??的徑向指數(shù)和方位指數(shù)（也稱為拓?fù)浜蓴?shù)），當(dāng)戶＝／＝〇時，（２－１４）式可退化為基模高斯光束。??結(jié)合（２－１４）式可得，ＬＧ光束在ｚ＝０處圓柱坐標(biāo)系（ｒ，０，〇）下的光場表達(dá)式為：??（ＪｌＡ?（ｉｒ１＾?（?ｒＡ??？〇＊，沒，０）＝???４?￣?ｅｘＰ?￣７?ｅｘｐ（－／／＾）?（２－１５）??＼ｗ〇Ｊ?＼ｗ〇?Ｊ?Ｖ?ｗ〇?Ｊ??利用（２－１５）式和（２－１４）式模擬高階ＬＧ光束的強(qiáng)度和相位分布，如圖２－１和圖２－２所示。??０８??ｆ?ｆ?Ａ?ｆ?ｆ?〇＾ＩＩｌ（＾）ｉｌ??０．４?＇?｜０．４?＇?０．４??０．２０Ｕ５＾＾Ｈ＾＾｜?ｎ．２〇－〇５＾＾＾＾＾Ｈ＜）．２Ｕ－〇５＾＾｜＾＾｜?０．２??°－０．１?－０．０５?０?０．０５?０．１?０?°－０．１?－０．０５?０?０．０５?０．１?°?°－０．１?－０．０５?０?０．０５?０．１?°?°－０．１?－０．０５?０?０．０５?０．１?°??ｘ／ｍ?ｘ／ｍ?ｘ／ｍ?ｘ／ｍ??－０．１?ｌ２？［?－Ｏ．ｌ＾ＢＫ?＾＾＾＾－｜２兀－０」?－＾＾Ｈｎ２？ｃ?－Ｏ．ｌｉ?＾?１?￣２ｎ??＾?（ｄ２）??－０．０５＾＾＾＾?－０．０５－?－０．０５－??ｉ?１１?ｊ－??°－０５＾＾ｒ?Ｉ?Ｉ??％．ｌ?－０．０５?０?０．０５?Ｏ１！?°?°?ｎＫ＾ｒ－Ｏ＾！０??ｘ／ｍ?ｘ／ｍ?ｘ／ｍ?ｘ／ｍ??圖２－１不同徑向指數(shù)／？和拓?fù)浜蓴?shù)／的髙階ＬＧ光束在ｚ＝０處橫截面上的強(qiáng)度分布（ａｌＨｄｌ）和相位分??布（３２）？（

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]標(biāo)量和矢量部分相干光束的理論及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 朱時軍.蘇州大學(xué) 2014
[3]隨機(jī)電磁光束時空域傳輸特性的一些研究[D]. 姚旻.浙江大學(xué) 2013

碩士論文
[1]OAM光的產(chǎn)生與控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 胥俊宇.西安理工大學(xué) 2017
[2]渦旋光束的拓?fù)鋽?shù)檢測方法研究及轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)[D]. 何賢飛.廣東工業(yè)大學(xué) 2015
[3]不同拓?fù)浜蓴?shù)的渦旋光束衍射特性研究[D]. 宋曉芳.山東師范大學(xué) 2015



本文編號：3403633