近年來,自由空間渦旋光通信以其極大的通信容量和極高的頻譜效率在國內外引起了廣泛關注,渦旋光所攜帶的軌道角動量理論上取值無窮且彼此正交,能夠為光通信提供新的維度資源。然而,渦旋光在自由空間傳輸時,不可避免地受到大氣信道的影響,導致承載信息的軌道角動量態(tài)間產(chǎn)生串擾,造成通信系統(tǒng)性能下降。本文圍繞自由空間渦旋光通信檢測技術展開研究,首先針對軌道角動量在自由空間中的傳輸特性進行分析,重點研究了大氣湍流、大氣散射和對準誤差對軌道角動量傳輸?shù)挠绊?然后針對這些影響導致的檢測準確率降低,提出了相應的渦旋光檢測技術,并進行了相關的理論分析和實驗驗證。本文的主要研究內容包括以下四個方面:（1）自由空間渦旋光軌道角動量傳輸影響因素分析。首先,以拉蓋爾-高斯光束為例,介紹渦旋光軌道角動量的基本概念;然后對渦旋光大氣信道傳輸展開研究,圍繞渦旋光軌道角動量態(tài)的傳輸特性,分析了大氣湍流強度和傳輸距離對渦旋光軌道角動量態(tài)探測概率的影響;隨后,結合大氣湍流理論和渦旋光束螺旋譜概念,給出了湍流和對準誤差影響下的軌道角動量態(tài)探測概率解析表達式;最后分析了散射粒子與軌道角動量態(tài)的相互作用,利用時域有限差分方法,給出了散射粒... 

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 渦旋光軌道角動量及其自由空間通信研究現(xiàn)狀
        1.2.2 自由空間渦旋光軌道角動量傳輸特性研究現(xiàn)狀
        1.2.3 渦旋光通信軌道角動量檢測技術研究現(xiàn)狀
        1.2.4 研究中存在的主要問題
    1.3 論文主要工作及結構安排
        1.3.1 論文的主要工作
        1.3.2 論文結構安排
第二章 自由空間渦旋光通信傳輸影響因素分析
    2.1 引言
    2.2 渦旋光軌道角動量通信編碼系統(tǒng)性能影響因素分析
        2.2.1 渦旋光軌道角動量態(tài)
        2.2.2 渦旋光軌道角動量態(tài)編碼通信系統(tǒng)
    2.3 大氣湍流對渦旋光軌道角動量傳輸?shù)挠绊?br>        2.3.1 大氣湍流模型
        2.3.2 大氣湍流影響下的渦旋光軌道角動量探測概率
        2.3.3 數(shù)值結果與分析
    2.4 對準誤差對渦旋光軌道角動量傳輸?shù)挠绊?br>        2.4.1 橫向偏移誤差
        2.4.2 角向傾斜誤差
        2.4.3 數(shù)值結果與分析
    2.5 大氣散射對渦旋光軌道角動量傳輸?shù)挠绊?br>        2.5.1 粒子散射對渦旋光傳輸影響的分析方法
        2.5.2 粒子散射影響下的渦旋光軌道角動量探測概率
        2.5.3 數(shù)值結果與分析
    2.6 本章小結
第三章 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的渦旋光檢測
    3.1 引言
    3.2 大氣湍流影響下的渦旋光軌道角動量檢測
        3.2.1 湍流影響下的渦旋光束產(chǎn)生
        3.2.2 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的渦旋光軌道角動量檢測
        3.2.3 復雜度分析
    3.3 角向傾斜影響下的渦旋光軌道角動量檢測
        3.3.1 角向傾斜影響下的渦旋光束
        3.3.2 基于角度池化的渦旋光軌道角動量檢測
        3.3.3 復雜度分析
    3.4 偏移影響下的渦旋光軌道角動量檢測
        3.4.1 偏移影響下的渦旋光束
        3.4.2 基于部分卷積的渦旋光軌道角動量檢測
        3.4.3 結果分析
    3.5 本章小結
第四章 基于復值卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的渦旋光檢測
    4.1 引言
    4.2 復值卷積神經(jīng)網(wǎng)絡渦旋光檢測
        4.2.1 復值神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學框架
        4.2.2 復值卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型
        4.2.3 復雜度分析
    4.3 全光神經(jīng)網(wǎng)絡渦旋光檢測
        4.3.1 全光神經(jīng)網(wǎng)絡模型
        4.3.2 傳輸過程的簡化
        4.3.3 仿真結果
    4.4 本章小結
第五章 渦旋光湍流畸變波前校正技術研究
    5.1 引言
    5.2 大氣湍流畸變波前校正
        5.2.1 有波前傳感器的波前校正
        5.2.2 無波前傳感器的波前校正
        5.2.3 渦旋光束大氣湍流畸變波前校正技術
    5.3 基于生成對抗網(wǎng)絡的波前重構
        5.3.1 波前重構算法
        5.3.2 基于pix2pix網(wǎng)絡的波前重構
        5.3.3 仿真分析
    5.4 基于改進SPGD算法的無探針光束波前校正
        5.4.1 隨機并行梯度下降算法
        5.4.2 自適應增益因子隨機并行梯度下降算法
        5.4.3 仿真分析
    5.5 本章小結
第六章 結論與展望
    6.1 論文主要研究成果及創(chuàng)新點
    6.2 下一步工作展望
致謝
參考文獻
作者在學期間取得的學術成果



本文編號：3703133