自由空间自聚焦Airy相关光场传输特性研究
发布时间：2023-11-08 18:58
自由空间光通信是空天地一体化信息传输的重要组成部分,并且有望解决光纤“最后一公里”的问题,因此对信息产业化也具有极大的推动作用。此外,因其架设便捷,作为特殊条件下的辅助通信,可以为军事提供高保密的通信链路。涡旋光束携带轨道角动量具有极大提升信道容量的潜力,所以在自由光通信领域备受关注。涡旋光束一般通过对激光相位调制之后得到,具有一定的空间分布,所以更容易受到大气湍流等不均匀介质的影响,导致光学拓扑荷在通信系统接收端随机起伏,使得信息传递失真,因此加载涡旋的背景光场选择显得极为重要。自聚焦Airy光束具有无衍射、自愈以及在目标距离处突然聚焦等优势,用自聚焦Airy光束作为加载光学涡旋的背景光场有助于减弱湍流对光学涡旋传播的干扰。本论文从自聚焦Airy涡旋光束的传播动力学特征出发,利用光场调控技术对自聚焦Airy涡旋光场的相位、振幅、偏振态等参量进行调控以期减弱光学轨道角动量在自由空间传输时的模态串音和拓扑荷分裂,优化通信系统性能。本论文主要研究内容和结论如下:1、研究了自聚焦Airy光场中光学涡旋的传播动力学特征。基于角谱理论和波束分步传输法,数值分析了自聚焦Airy光束的波形参数和涡旋...
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 Airy光场特性研究现状
1.2.2 Airy光场调控技术研究现状
1.2.3 自聚焦和自加速Airy相关光场自由空间传输特性研究现状
1.3 论文结构及创新点
1.3.1 论文内容安排
1.3.2 论文主要创新点
第二章 大气湍流中的自聚焦Airy光束传播理论Eq uationChapter2Section1
2.1 引言
2.2 自聚焦Airy光束大气湍流传输解析理论
2.2.1 自聚焦Airy光场傍轴近似公式
2.2.2 大气湍流统计理论
2.2.3 Rytov微扰近似下自聚焦Airy光场分布
2.3 自聚焦Airy光束大气湍流传输数值模拟理论
2.3.1 角谱理论和波束分步传播法
2.3.2 抛物型方程
2.3.3 自聚焦Airy光束多层湍流相位屏传输模型
2.4 轨道角动量湍流效应
2.4.1 轨道角动量模态串音
2.4.2 轨道角动量拓扑荷分裂
2.5 小结
第三章 自聚焦Airy光学涡旋传播动力学EquationChapter(Next)Sectio n
3.1 引言
3.2 单个涡旋传输
3.2.1 在轴传输
3.2.2 离轴传输
3.3 涡旋对的传输
3.3.1 同号涡旋对
3.3.2 异号涡旋对
3.4 光场强度梯度对光学涡旋传输特性的影响
3.4.1 强度梯度的提出
3.4.2 强度梯度对光场传输轨迹的调控
3.4.3 强度梯度对湍流大气中涡旋拓扑荷分裂的影响
3.5 小结
第四章 非传统自聚焦Airy涡旋光场在自由空间中的传播
4.1 引言
4.2 各向异性螺旋相位的构建
4.2.1 各向异性螺旋相位
4.2.2 幂指数型螺旋相位
4.3 幂指数型圆Airy涡旋光场轨道角动量模态探测概率密度
4.3.1 幂指数型圆Airy涡旋光束传播特征
4.3.2 幂指数对圆Airy涡旋光场聚焦特性的影响
4.3.3 光强起伏探测概率密度函数
4.4 轨道角动量传输性能优化
4.4.1 信号和串音轨道角动量模态分离
4.4.2 幂指数对探测区域的调控
4.5 小结
第五章 Airy阵列合成自聚焦涡旋光束在大气湍流中的传播EquationChapter(Next)Section
5.1 引言
5.2 Airy阵列涡旋光束的构建及其调控
5.2.1 合成自聚焦涡旋光束的构建
5.2.2 合成自聚焦涡旋光束和圆Airy涡旋光束的对比
5.3 Airy阵列光束湍流相位屏传输模型验证
5.4 局部紧聚焦特性对轨道角动量传输性能的优化
5.4.1 阵列单元调控
5.4.2 合成自聚焦光场局部紧聚焦特性
5.4.3 局部紧聚焦特性对轨道角动量模态串音和拓扑荷分裂的优化
5.5 小结
第六章 矢量自聚焦Airy涡旋光场传输特性研究EquationChapter6Section1
6.1 引言
6.2 矢量自聚焦Airy光场的构建
6.2.1 Poincaré球与Stokes参量
6.2.2 旋向变化自聚焦Airy矢量涡旋光场
6.2.3 径向变化自聚焦Airy矢量涡旋光场
6.2.4 高阶Poincaré球上的矢量自聚焦Airy涡旋光场
6.3 矢量自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.3.1 偏振态旋向变化自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.3.2 偏振态径向变化自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.3.3 高阶Poincaré球上的矢量自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.4 小结
第七章 总结与展望
7.1 主要结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3861552
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 Airy光场特性研究现状
1.2.2 Airy光场调控技术研究现状
1.2.3 自聚焦和自加速Airy相关光场自由空间传输特性研究现状
1.3 论文结构及创新点
1.3.1 论文内容安排
1.3.2 论文主要创新点
第二章 大气湍流中的自聚焦Airy光束传播理论Eq uationChapter2Section1
2.1 引言
2.2 自聚焦Airy光束大气湍流传输解析理论
2.2.1 自聚焦Airy光场傍轴近似公式
2.2.2 大气湍流统计理论
2.2.3 Rytov微扰近似下自聚焦Airy光场分布
2.3 自聚焦Airy光束大气湍流传输数值模拟理论
2.3.1 角谱理论和波束分步传播法
2.3.2 抛物型方程
2.3.3 自聚焦Airy光束多层湍流相位屏传输模型
2.4 轨道角动量湍流效应
2.4.1 轨道角动量模态串音
2.4.2 轨道角动量拓扑荷分裂
2.5 小结
第三章 自聚焦Airy光学涡旋传播动力学EquationChapter(Next)Sectio n
3.1 引言
3.2 单个涡旋传输
3.2.1 在轴传输
3.2.2 离轴传输
3.3 涡旋对的传输
3.3.1 同号涡旋对
3.3.2 异号涡旋对
3.4 光场强度梯度对光学涡旋传输特性的影响
3.4.1 强度梯度的提出
3.4.2 强度梯度对光场传输轨迹的调控
3.4.3 强度梯度对湍流大气中涡旋拓扑荷分裂的影响
3.5 小结
第四章 非传统自聚焦Airy涡旋光场在自由空间中的传播
4.1 引言
4.2 各向异性螺旋相位的构建
4.2.1 各向异性螺旋相位
4.2.2 幂指数型螺旋相位
4.3 幂指数型圆Airy涡旋光场轨道角动量模态探测概率密度
4.3.1 幂指数型圆Airy涡旋光束传播特征
4.3.2 幂指数对圆Airy涡旋光场聚焦特性的影响
4.3.3 光强起伏探测概率密度函数
4.4 轨道角动量传输性能优化
4.4.1 信号和串音轨道角动量模态分离
4.4.2 幂指数对探测区域的调控
4.5 小结
第五章 Airy阵列合成自聚焦涡旋光束在大气湍流中的传播EquationChapter(Next)Section
5.1 引言
5.2 Airy阵列涡旋光束的构建及其调控
5.2.1 合成自聚焦涡旋光束的构建
5.2.2 合成自聚焦涡旋光束和圆Airy涡旋光束的对比
5.3 Airy阵列光束湍流相位屏传输模型验证
5.4 局部紧聚焦特性对轨道角动量传输性能的优化
5.4.1 阵列单元调控
5.4.2 合成自聚焦光场局部紧聚焦特性
5.4.3 局部紧聚焦特性对轨道角动量模态串音和拓扑荷分裂的优化
5.5 小结
第六章 矢量自聚焦Airy涡旋光场传输特性研究EquationChapter6Section1
6.1 引言
6.2 矢量自聚焦Airy光场的构建
6.2.1 Poincaré球与Stokes参量
6.2.2 旋向变化自聚焦Airy矢量涡旋光场
6.2.3 径向变化自聚焦Airy矢量涡旋光场
6.2.4 高阶Poincaré球上的矢量自聚焦Airy涡旋光场
6.3 矢量自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.3.1 偏振态旋向变化自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.3.2 偏振态径向变化自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.3.3 高阶Poincaré球上的矢量自聚焦Airy涡旋光场在大气湍流中的传播
6.4 小结
第七章 总结与展望
7.1 主要结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3861552
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