基于全息光学元件的室内可见光通信光学接收天线研究

发布时间：2017-05-02 00:00

  本文关键词：基于全息光学元件的室内可见光通信光学接收天线研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：室内照明通信系统也称为室内可见光通信（Visible Light Communication，VLC）系统，是近年来发展起来的基于白光LED（Light Emitting Diode）的室内无线通信技术，该技术安全节能，无电磁干扰，不需要竞争电磁频谱，在一些特定的场合具有很强的实用性。 全息光学元件相较于普通光学元件而言，具有性能好、价格低、易制作、重量轻等诸多优点，并且可以集成多种光学功能，因此，本文提出了一种基于全息光学元件室内可见光通信光学接收天线的设计和制作方法。利用干涉和衍射原理在全息材料上制成具有聚集光束和滤除环境光双重功能的全息光学接收天线，通过耦合波理论与K矢量闭合法分析了这种新型光学接收天线的角度选择性、波长选择性以及任意点的衍射效率，最后对其进行了实验验证。 本文的主要研究内容如下： 1、分析了室内VLC的关键技术，介绍了目前室内VLC系统中光学接收天线种类以及存在的不足，说明本课题的研究意义所在。 2、根据全息光学成像的特点与原理提出了全息光学接收天线的设计思路，即采用离轴反射式系统，，以平面参考光波与会聚球面信号光波在全息光致聚合物材料上发生干涉完成记录，形成的全息图称之为全息光学接收天线。 3、一方面，由K矢量闭合法推导分析了全息光学接收天线内部条纹的整体分布情况以及任意点处条纹矢量的大小和方向；另一方面，由Kogelnik耦合波理论推导分析了全息光学接收天线的三个性能指标，即角度选择性、波长选择性和衍射效率，并且对其进行了模拟仿真分析。 4、详细介绍了制作全息光学接收天线的具体记录实验过程，并且对其进行了白光LED光源再现验证，发现试验验证与理论分析的结果相一致，即在记录时信号光的会聚点处形成一束单色会聚光斑。最后，对全息光学接收天线的性能进行了测试分析，结果表明，利用光致聚合物制成的全息光学接收天线可以用于室内可见光通信系统中。
【关键词】：VLC 光学接收天线 全息光学元件 波长选择性 角度选择性 衍射效率
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O438.1;TN929.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状以及发展趋势12-16
• 1.3 室内 VLC 研究中的关键技术16-20
• 1.3.1 LED 阵列光源的选择与布局16
• 1.3.2 改善室内 VLC 系统性能的方法16-17
• 1.3.3 室内 VLC 系统光学接收天线17-20
• 1.4 研究内容20-21
• 第2章 室内 VLC 系统中白光 LED 和链路信道特性分析21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 LED 光源21-26
• 2.2.1 LED 的历史21-22
• 2.2.2 LED 的发光原理22
• 2.2.3 LED 的基本结构22-23
• 2.2.4 白光 LED 的实现方法23-24
• 2.2.5 白光 LED 的辐射模式24-26
• 2.3 室内 VLC 系统26-29
• 2.3.1 定向式视距链路与非定向式视距链路26-27
• 2.3.2 室内 VLC 信道分析27-29
• 第3章 全息光学元件的耦合波理论29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 全息光学元件29-32
• 3.2.1 全息术的历史和发展阶段29-30
• 3.2.2 全息光学的基本成像原理和特点30-32
• 3.3 全息图的基本干涉场32-37
• 3.3.1 平面波与平面波的干涉场32-33
• 3.3.2 平面波与发散球面波的干涉场33-34
• 3.3.3 平面波与会聚球面波的干涉场34-35
• 3.3.4 发散球面波与发散球面波的干涉场35-36
• 3.3.5 会聚球面波与会聚球面波的干涉场36-37
• 3.3.6 发散球面波与会聚球面波的干涉场37
• 3.4 耦合波理论37-44
• 3.4.1 Bragg 定律37-39
• 3.4.2 K 矢量闭合分析法39-40
• 3.4.3 全息光学元件的衍射效率40-44
• 第4章 全息光学接收天线的设计与性能仿真44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 全息光学接收天线的设计原理44-47
• 4.3 全息光学接收天线性能的理论分析47-52
• 4.3.1 角度选择性和波长选择性47-48
• 4.3.2 衍射效率48-52
• 4.4 性能模拟仿真52-59
• 4.4.1 全息反射镜的角度选择性52-54
• 4.4.2 全息反射镜的波长选择性54-56
• 4.4.3 全息反射镜的衍射效率56-59
• 第5章 全息光学接收天线的制作与实验验证59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 实验仪器的选取59-61
• 5.3 全息记录材料分类61-63
• 5.3.1 卤化银乳胶61
• 5.3.2 重铬酸盐明胶61-62
• 5.3.3 光致聚合物62-63
• 5.4 全息材料厚度的选择63-66
• 5.5 制作光路的工作流程66-68
• 5.6 白光 LED 光源再现过程68-69
• 5.7 全息光学接收天线的测试69-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 工作总结71
• 6.2 本文的创新点71-72
• 6.3 未来研究工作的建议72-73
• 参考文献73-78
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单78-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：339856