基于OAM-SK的新型光通信系统

发布时间：2020-03-18 05:25

【摘要】：随着通信技术的迅猛发展,人们对信息传输的要求也越来越高。实现更高的数据传输能力是光通信的主要发展方向之一。增加光通信系统传输容量的一种典型方法是复用多个独立数据信道。多个独立的数据信道可以位于其上不同的波长,极化和空间上,对应为波分复用(WDM),偏振复用(PDM)和空分复用(SDM)。对于光波来说,一种特殊的空分复用——轨道角动量(OAM)复用一直在吸引着很多科研工作者的关注,文章的主要内容有:(1)仿真了一套基于OAM-SK的高效数字通信系统。根据涡旋光束之间的正交性,我们仿真了一个基于OAM-SK的高效数字通信系统,并成功传输了一幅图片。在发送端,通过迭代算法生成了用于产生复合涡旋光束的复合相位全息图,使图像的灰度值转化为二进制数字信号并映射到涡旋光束不同的拓扑荷上。这一过程就将图像信息存储到涡旋光束里,并经过自由空间的传输到达接收端。在接收端,改变迭代算法的正交基后又设计了一个高效的新型解调全息图,实现将复合涡旋光束分离与检测,再转化为数字信号。(2)研究了不同复用/解调方式对OAM-SK系统的性能影响。对于OAM-SK系统来说,高效的复用方式和解调方式是影响通信系统性能的关键。我们对比了不同的复用方式作为调制端和不同的衍射光学元件作为解调端的系统性能,并通过对图片灰度值的传输准确率来进行定量的分析。从不同的系统组合中选择出最优的一组来实现高效的数字通信。同时还考虑了不同的针孔尺寸大小和判决阈值对系统性能的影响选出了最优的设计方案。
【图文】：

光束,涡旋,高斯光束,螺旋形波

螺旋形波前相位包含着周期性的错位，波矢方向绕着相位奇点中心沿传播方向旋逡逑转，此时波束中等位相面具有螺旋波前形式，导致了在中心轴上的电场振幅为零，逡逑如图２．１所示。逡逑图２．１不同光束的相位波前，（ａ）高斯光束；（ｂ）涡旋光束。逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｗａｖｅｆｒｏｎｔ邋ｏｆ邋（ａ）邋Ｇａｕｓｓｉａｎ邋ｂｅａｍ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋ｖｏｒｔｅｘ邋ｂｅａｍ逡逑６逡逑

光强分布,涡旋,拓扑,光束

离的增加而不断变化。在传输过程中，涡旋中心处存在相位不确定性产生的相位逡逑ｆ点，所有光场在中心位置干涉相消，形成环形的光强分布，并且随着拓扑荷的逡逑增大，光环的直径也逐级增大，图２．２排所示。逡逑图２．２拓扑荷为／邋＝＋１，＋３，＋５的涡旋光束的相位分布（ａ－ｃ）和光强分布（ｄ－ｆ）。逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋ｐｒｏｆｉｌｅ邋（ａ－ｃ）邋ａｎｄ邋ｐｈａｓｅ邋ｐｒｏｆｉｌｅ邋（ｄ－ｆ）邋ｏｆ邋ｖｏｒｔｅｘ邋ｂｅａｍｓ邋ｗｉｔｈ逡逑ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｃｈａｒｇｅ邋ｏｆ邋／邋＝邋＋１，，＋３，＋５邋．逡逑由于涡旋光束中存在ｅｘｐ＾Ｏ的涡旋相位，根据指数正交的特性可以得出不同逡逑拓扑荷的涡旋光束之间是相互正交的，这就可以将一组不同拓扑荷的ＯＡＭ光束作逡逑为信号调制的正交基，作为数字信号的载体。并且由于涡旋光束的拓扑荷和方位逡逑角之间的关系是随着传输距离动态变化的，因此利用涡旋光束作为信号的载体具逡逑有很好的安全性。逡逑理论上，在发送端将携带信息的涡旋光束进行叠加后，在接收端要通过一组逡逑特别的解调装置将不同拓扑荷的涡旋光束进行分离和检测。一般
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1

【参考文献】