海洋湍流相位屏模型及该模型下OAM光束传输特性研究
发布时间：2021-01-04 14:07
海洋湍流是影响激光在海水介质中传输的重要因素之一。随着水下雷达探测、水下激光传输、水下通信等技术的兴起,海洋湍流中激光传输特性的研究十分重要。为了方便水下激光传输特性的研究,海洋湍流模型的建立是必不可少的。论文研究海洋湍流随机相位屏模型以及在该模型下的轨道角动量光束的传输特性。主要工作如下:首先,参考大气湍流随机相位屏模型的构造方法,使用功率谱反演法,给出海洋湍流随机相位屏模型的数学表达式。结合海洋湍流相位结构函数以及轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）光束的传输特性（探测概率）对所构建的海洋湍流随机相位屏模型进行验证。结果表明所构建模型相位结构函数在高频部分与理论值相符,OAM探测概率与参考文献给出的理论值相吻合,验证了所提模型的有效性。在此基础上,针对功率谱反演法低频成分缺失问题,通过叠加低频次谐波的方法改善相位屏的统计特性。结果表明,叠加4级低频次谐波,相位屏的相位结构函数和理论值会基本符合。其次,光束的轨道角动量态作为一种新型自由度,将其应用在光通信中,将会极大地提高信息传输速率。因此,研究OAM光束在海水介质中的传输特性对水下OAM复用通信具...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轨道角动量光束场强相位图
由于 OAM 光束的拓扑荷值理论上可取无穷，并且不同拓扑荷的光交，基于这一特性，将其运用到通信中，就成为一种可复用的模式。近年来，束优异特性逐渐被发现，许多围绕轨道角动量的研究相继展开，包括轨道角动复用通信、分离方案、自由空间传输方案等等[36-39]。道角动量光束分类 OAM 光束的方法有许多种，例如几何光学法，模式变换法，计算全息法等。式有多种，下面介绍三种常见的 OAM 光束，拉盖尔高斯光（LG）、贝塞尔高斯（光（Airy Beam）。高斯光尔高斯光是实验室中常用的 OAM 光束，产生方法简易，可由高斯光经过相位掩图 2.2 是拉盖尔高斯光产生与检测的示意图。
图 2.3 LG 光场强与相位图盖尔高斯光具有正交归一性，所以拉盖尔高斯光的线性组合可以用来表示束的表光场达式。LG 模式光束不仅仅广泛应用于光复用通信，同时也作为用于精确操作和微观粒子控制。高斯光，美国罗切斯大学 J.Durnin 教授首次提出贝塞尔光束并在环缝实验装置上光束。在柱坐标系下，理想的 BG 光的场强数学表达式为E( r,,z)J(kr)exp(ilikz)lrz 强平面上一点到光轴的距离， 为方位角坐标，z 为传输距离，rk 为径向波矢分量，l为拓扑荷， ( )lJ 表示第一类l阶 Bessel 多项式。根据 Bessel 多项想情况下的 BG 光束具有无穷大的能量，并且它具有无衍射的特性，即在生扩散现象，在传播过程中如果遇到障碍物能够自我恢复（自愈性）等特
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋湍流随机相位屏模型[J]. 杨天星,赵生妹. 光学学报. 2017(12)
[2]Efficient separating orbital angular momentum mode with radial varying phase[J]. CHENG LI,SHENGMEI ZHAO. Photonics Research. 2017(04)
[3]艾里光束的光强闪烁研究[J]. 王加安,王馨兰,郭林炀,车英,尹鹏. 光学学报. 2017(06)
[4]基于小波分析的大气湍流相位屏模拟[J]. 丰帆,李常伟. 光学学报. 2017(01)
[5]强背景光下可见光大气湍流信道建模及分集接收技术[J]. 赵嘉琦,许银帆,李洁慧,王一光,迟楠. 光学学报. 2016(03)
[6]湍流信道无线光通信中的分集接收技术[J]. 柯熙政,刘妹. 光学学报. 2015(01)
[7]大气湍流下自由光通信信道模型的数值仿真[J]. 王孛,施鹏,赵生妹. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2012(04)
[8]阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展[J]. 吴武明,宁禹,任亚杰,吴毅,舒柏宏. 激光与光电子学进展. 2012(07)
[9]轴棱锥产生无衍射光束自再现特性的几何光学分析[J]. 吴逢铁,江新光,刘彬,邱振兴. 物理学报. 2009(05)
[10]大气湍流畸变相位屏的数值模拟方法研究[J]. 张慧敏,李新阳. 光电工程. 2006(01)
本文编号：2956896
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轨道角动量光束场强相位图
由于 OAM 光束的拓扑荷值理论上可取无穷，并且不同拓扑荷的光交，基于这一特性，将其运用到通信中，就成为一种可复用的模式。近年来，束优异特性逐渐被发现，许多围绕轨道角动量的研究相继展开，包括轨道角动复用通信、分离方案、自由空间传输方案等等[36-39]。道角动量光束分类 OAM 光束的方法有许多种，例如几何光学法，模式变换法，计算全息法等。式有多种，下面介绍三种常见的 OAM 光束，拉盖尔高斯光（LG）、贝塞尔高斯（光（Airy Beam）。高斯光尔高斯光是实验室中常用的 OAM 光束，产生方法简易，可由高斯光经过相位掩图 2.2 是拉盖尔高斯光产生与检测的示意图。
图 2.3 LG 光场强与相位图盖尔高斯光具有正交归一性，所以拉盖尔高斯光的线性组合可以用来表示束的表光场达式。LG 模式光束不仅仅广泛应用于光复用通信，同时也作为用于精确操作和微观粒子控制。高斯光，美国罗切斯大学 J.Durnin 教授首次提出贝塞尔光束并在环缝实验装置上光束。在柱坐标系下，理想的 BG 光的场强数学表达式为E( r,,z)J(kr)exp(ilikz)lrz 强平面上一点到光轴的距离， 为方位角坐标，z 为传输距离，rk 为径向波矢分量，l为拓扑荷， ( )lJ 表示第一类l阶 Bessel 多项式。根据 Bessel 多项想情况下的 BG 光束具有无穷大的能量，并且它具有无衍射的特性，即在生扩散现象，在传播过程中如果遇到障碍物能够自我恢复（自愈性）等特
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋湍流随机相位屏模型[J]. 杨天星,赵生妹. 光学学报. 2017(12)
[2]Efficient separating orbital angular momentum mode with radial varying phase[J]. CHENG LI,SHENGMEI ZHAO. Photonics Research. 2017(04)
[3]艾里光束的光强闪烁研究[J]. 王加安,王馨兰,郭林炀,车英,尹鹏. 光学学报. 2017(06)
[4]基于小波分析的大气湍流相位屏模拟[J]. 丰帆,李常伟. 光学学报. 2017(01)
[5]强背景光下可见光大气湍流信道建模及分集接收技术[J]. 赵嘉琦,许银帆,李洁慧,王一光,迟楠. 光学学报. 2016(03)
[6]湍流信道无线光通信中的分集接收技术[J]. 柯熙政,刘妹. 光学学报. 2015(01)
[7]大气湍流下自由光通信信道模型的数值仿真[J]. 王孛,施鹏,赵生妹. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2012(04)
[8]阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展[J]. 吴武明,宁禹,任亚杰,吴毅,舒柏宏. 激光与光电子学进展. 2012(07)
[9]轴棱锥产生无衍射光束自再现特性的几何光学分析[J]. 吴逢铁,江新光,刘彬,邱振兴. 物理学报. 2009(05)
[10]大气湍流畸变相位屏的数值模拟方法研究[J]. 张慧敏,李新阳. 光电工程. 2006(01)
本文编号：2956896
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