轨道角动量复用及其在大气湍流下的串扰分析
发布时间：2021-12-11 23:37
随着信息产业的迅速发展,以前的调制以及复用技术已无法满足未来大容量、高速率的通信要求。为了进一步满足对通信信道容量和频谱利用率的要求,人们提出利用具有轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）的涡旋光束进行复用通信。由于OAM本质是一空间分布函数,所以基于OAM光束的复用通信不可避免的受到大气湍流的影响。本文以轨道角动量复用光束及其在大气湍流中的传输展开研究,主要工作如下:1、OAM光束复用特性研究。以两路OAM光束为例,研究了不同拓扑荷数下OAM复用光束的光强和相位分布特性。并对仿真结果进行了实验验证。2、研究了大气湍流对OAM复用光束光强和相位的影响。基于Von Karman谱模型研究了不同传输条件对OAM复用光束光强和相位分布产生的影响,并对仿真结果进行了实验验证。3、数值分析大气湍流下OAM复用光束受到的串扰情况。选用螺旋谱定量分析OAM复用光束在不同传输条件下各路光束之间的弥散程度。考虑到实际大气信道下的混合噪声,研究了不同湍流强度下系统误码率的变化情况。研究结果表明:同号OAM复用光束光强亮斑数量和相位等相位线个数由复用光束中拓扑荷数最大的一路光...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
携带信息的OAM波束与偏振复用/解复用一起进行复用/解复用【17】Fig.1-1Multiplexing/demultiplexingofinformation-carryingOAMbeamstogetherwithpolarization
和不同模式数之间的的正交性，使得 OAM 复用技术在提高传输容大的潜力。本章主要对 OAM 光束的基本理论和光束类型以及 OA生的几种方法进行介绍。角动量光束的基本原理 光束与普通的光束相比，具有连续螺旋型波前。由于光束的中心光中空光束。其光场表达式可以表示为【56】：E x , y u r , z exp il exp -i z r ,z 为光场振幅表达式， exp il 为相位因子，l是拓扑荷数， 为波现，OAM 光束的特殊性质都是由相位因子引起的，相位分布由 ex比，当 OAM 光束进行旋转时，相位会发生2 l的变化。 光束的相位波前结构图如图 2-1 所示【57】。图 2-1(a)表示 l =0时的相 l =1时的相位波前，图 2-1(c)表示 l =2时的相位波前，图 2-1(d)表示图 2-1 可以看出，OAM 光束的相位波前呈螺旋式分布，且等相位相等。
(a) l =1(b) l =2(c) l =3(d) l=4图 2-2 1-4 阶 OAM 光束的光强分布及相位分布【56】Fig.2-2 The intensity and phase distribution of 1-4 order OAM beam【56】角动量光束的基本类型，随着人们对涡旋光束研究的不断深入，发现了多种携带有轨道角的有拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian，LG)光束【58】，贝塞尔(Bessel)光(Hermite-Gaussian，HG)光束【61】。LG 光束和 Bessel 光束的光场表达式制备相对于 LG 光束需要较大的光学孔径，因此，一般选择 LG 光束体。盖尔-高斯光束激光器输出的高斯光束经过螺旋相位波前的相位调制即可以产生 同时具备高斯光束和 OAM 光束的特性。LG 光束的光场振幅表达 2 2,2 21 2 ! 1, exp2! ( ) ( ) ( ) ( )lll p pp r r rLG r z Ll p w z w z w z w z ，
【参考文献】：
期刊论文
[1]非Kolmogorov湍流相位屏仿真及对光束传输模拟的影响[J]. 陈鸣,高太长,刘磊,胡帅,曾庆伟,李刚,王晨旭. 强激光与粒子束. 2017(09)
[2]拉盖尔-高斯波束在弱湍流海洋中轨道角动量传输特性变化[J]. 程明建,郭立新,张逸新. 电波科学学报. 2016(04)
[3]大气湍流对激光通信系统性能的影响研究[J]. 陈牧,柯熙政. 红外与激光工程. 2016(08)
[4]涡旋光束轨道角动量干涉及检测的研究[J]. 柯熙政,胥俊宇. 中国激光. 2016(09)
[5]拉盖尔-高斯光束拓扑荷复用测量的仿真[J]. 杨春勇,丁丽明,侯金,钟志有,陈少平. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[6]轨道角动量态复用通信研究[J]. 赵生妹,蒋欣成,巩龙延,程维文,郑宝玉. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2015(06)
[7]大气斜程传输中高阶贝塞尔高斯光束轨道角动量的研究[J]. 柯熙政,郭新龙. 红外与激光工程. 2015(12)
[8]基于波前校正的轨道角动量复用通信系统抗干扰研究[J]. 邹丽,王乐,张士兵,赵生妹. 通信学报. 2015(10)
[9]多环涡旋光束的实验研究[J]. 黄素娟,谷婷婷,缪庄,贺超,王廷云. 物理学报. 2014(24)
[10]大气湍流对轨道角动量态复用系统通信性能的影响[J]. 邹丽,赵生妹,王乐. 光子学报. 2014(09)
博士论文
[1]斜程湍流大气中部分相干波束的传输特性[D]. 李亚清.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]面向光通信的光学涡旋传输特性及复用技术研究[D]. 苏明样.深圳大学 2017
[2]大气湍流模型对OAM复用通信系统的串扰及抑制方法研究[D]. 王桂莲.南京邮电大学 2015
[3]模式复用系统的均衡技术研究[D]. 徐权辉.北京交通大学 2016
[4]基于涡旋光束的自由空间光通信系统传输性能研究[D]. 徐灿.北京邮电大学 2015
[5]OAM光束传输特性及自适应光学波前畸变校正技术研究[D]. 戴坤健.北京理工大学 2015
[6]大气湍流对轨道角动量新型通信复用体制干扰的应对方法研究[D]. 王孛.南京邮电大学 2014
[7]涡旋光束的特性研究[D]. 陈志婷.燕山大学 2013
[8]阵列光学涡旋的轨道角动量分析[D]. 王瑞霞.山东师范大学 2011
[9]大气湍流中的激光传输数值模拟及其影响分析[D]. 徐光勇.电子科技大学 2008
[10]光学涡旋场的产生方法、衍射特性及其应用研究[D]. 韩玉晶.山东师范大学 2006
本文编号：3535604
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
携带信息的OAM波束与偏振复用/解复用一起进行复用/解复用【17】Fig.1-1Multiplexing/demultiplexingofinformation-carryingOAMbeamstogetherwithpolarization
和不同模式数之间的的正交性，使得 OAM 复用技术在提高传输容大的潜力。本章主要对 OAM 光束的基本理论和光束类型以及 OA生的几种方法进行介绍。角动量光束的基本原理 光束与普通的光束相比，具有连续螺旋型波前。由于光束的中心光中空光束。其光场表达式可以表示为【56】：E x , y u r , z exp il exp -i z r ,z 为光场振幅表达式， exp il 为相位因子，l是拓扑荷数， 为波现，OAM 光束的特殊性质都是由相位因子引起的，相位分布由 ex比，当 OAM 光束进行旋转时，相位会发生2 l的变化。 光束的相位波前结构图如图 2-1 所示【57】。图 2-1(a)表示 l =0时的相 l =1时的相位波前，图 2-1(c)表示 l =2时的相位波前，图 2-1(d)表示图 2-1 可以看出，OAM 光束的相位波前呈螺旋式分布，且等相位相等。
(a) l =1(b) l =2(c) l =3(d) l=4图 2-2 1-4 阶 OAM 光束的光强分布及相位分布【56】Fig.2-2 The intensity and phase distribution of 1-4 order OAM beam【56】角动量光束的基本类型，随着人们对涡旋光束研究的不断深入，发现了多种携带有轨道角的有拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian，LG)光束【58】，贝塞尔(Bessel)光(Hermite-Gaussian，HG)光束【61】。LG 光束和 Bessel 光束的光场表达式制备相对于 LG 光束需要较大的光学孔径，因此，一般选择 LG 光束体。盖尔-高斯光束激光器输出的高斯光束经过螺旋相位波前的相位调制即可以产生 同时具备高斯光束和 OAM 光束的特性。LG 光束的光场振幅表达 2 2,2 21 2 ! 1, exp2! ( ) ( ) ( ) ( )lll p pp r r rLG r z Ll p w z w z w z w z ，
【参考文献】：
期刊论文
[1]非Kolmogorov湍流相位屏仿真及对光束传输模拟的影响[J]. 陈鸣,高太长,刘磊,胡帅,曾庆伟,李刚,王晨旭. 强激光与粒子束. 2017(09)
[2]拉盖尔-高斯波束在弱湍流海洋中轨道角动量传输特性变化[J]. 程明建,郭立新,张逸新. 电波科学学报. 2016(04)
[3]大气湍流对激光通信系统性能的影响研究[J]. 陈牧,柯熙政. 红外与激光工程. 2016(08)
[4]涡旋光束轨道角动量干涉及检测的研究[J]. 柯熙政,胥俊宇. 中国激光. 2016(09)
[5]拉盖尔-高斯光束拓扑荷复用测量的仿真[J]. 杨春勇,丁丽明,侯金,钟志有,陈少平. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[6]轨道角动量态复用通信研究[J]. 赵生妹,蒋欣成,巩龙延,程维文,郑宝玉. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2015(06)
[7]大气斜程传输中高阶贝塞尔高斯光束轨道角动量的研究[J]. 柯熙政,郭新龙. 红外与激光工程. 2015(12)
[8]基于波前校正的轨道角动量复用通信系统抗干扰研究[J]. 邹丽,王乐,张士兵,赵生妹. 通信学报. 2015(10)
[9]多环涡旋光束的实验研究[J]. 黄素娟,谷婷婷,缪庄,贺超,王廷云. 物理学报. 2014(24)
[10]大气湍流对轨道角动量态复用系统通信性能的影响[J]. 邹丽,赵生妹,王乐. 光子学报. 2014(09)
博士论文
[1]斜程湍流大气中部分相干波束的传输特性[D]. 李亚清.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]面向光通信的光学涡旋传输特性及复用技术研究[D]. 苏明样.深圳大学 2017
[2]大气湍流模型对OAM复用通信系统的串扰及抑制方法研究[D]. 王桂莲.南京邮电大学 2015
[3]模式复用系统的均衡技术研究[D]. 徐权辉.北京交通大学 2016
[4]基于涡旋光束的自由空间光通信系统传输性能研究[D]. 徐灿.北京邮电大学 2015
[5]OAM光束传输特性及自适应光学波前畸变校正技术研究[D]. 戴坤健.北京理工大学 2015
[6]大气湍流对轨道角动量新型通信复用体制干扰的应对方法研究[D]. 王孛.南京邮电大学 2014
[7]涡旋光束的特性研究[D]. 陈志婷.燕山大学 2013
[8]阵列光学涡旋的轨道角动量分析[D]. 王瑞霞.山东师范大学 2011
[9]大气湍流中的激光传输数值模拟及其影响分析[D]. 徐光勇.电子科技大学 2008
[10]光学涡旋场的产生方法、衍射特性及其应用研究[D]. 韩玉晶.山东师范大学 2006
本文编号：3535604
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