涡旋光束轨道角动量检测与传输特性研究
发布时间：2021-09-15 07:41
随着科学技术的不断进步,人们在经典理论方面的研究越来越透彻,将各种理论进行实际应用的范围也越来越广泛。但随着进一步深入的研究发现,经典理论的研究与应用进行到一定程度后,也会遇到一些瓶颈问题。为了打破这一桎梏,一些前沿工作者提出将量子理论与当代的科学技术相结合,形成了量子信息技术这一新兴学科。光量子具有传播速度快、储存容量大等优点,因此具有广阔的应用前景。量子关联成像、量子通信、量子雷达、量子探测等均在其所在领域展示出了一定的优越性。轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）作为量子的一个重要参数,一直是大家研究的热点。目前轨道角动量的产生方法已经较为成熟,可以实现批量化生产并投入使用,但是关于OAM的检测目前还没有一种较为方便实用的方法,另外在实际应用过程中,光束需要在大气空间进行传输,那么OAM光束在自由大气中传输时湍流效应对其产生的影响,也是亟待解决的问题。本文主要研究轨道角动量的检测及其在大气中传输特性的相关问题。基于干涉理论和孔径衍射理论编程模拟研究了不同干涉条件以及不同孔径形状、孔径尺寸下的轨道角动量变化规律,根据其经过干涉衍射片后形成的特异性干涉...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统目标探测能量示意图
?帜Ｊ剑?尘昂湍勘甑哪芰吭谡?个探测路径内非矢量叠加，弱目标信号极易被背景噪音淹没，使得探测系统适应各种天气的能力较差，抗干扰的能力较弱。后续发展起来的激光主动探测采用主动照射方式增强目标信号以提高天候适应性和探测距离，但对于探测路径云雾干扰严重、目标隐身以及目标飞行速度快等场景下，其探测可行性和精度也大打折扣，甚至也无能为力。因此迫切需要发展针对高超声速和隐身目标的新型预警探测技术，补充增强现有的空天预警探测能力。量子目标探测技术在这一背景下被提出。图1-1传统目标探测能量示意图图1-2量子态检测概念示意图近些年来携带轨道角动量的光子作为一种新兴媒介，被广泛应用于各个重要领域。由于量子态的光子可以携带一定的信息，一些专家学者提出将量子应
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-写入单个光子中，这样就使得通信容量得到极大地的提升[6]。此外，使用具有轨道角动量的涡旋光束进行编码，由于其复杂的结构模式，使信息传输过程的安全性有了极大的提高。因此，使用携带轨道角动量的涡旋光束中进行信息传输，其信息容量、传输速度以及安全性与传统的信息传输方式相比都有极大的优势[7]。从以上内容可以看出，量子信息的引入在目标探测、识别成像、信息传输等领域可以突破经典系统存在的瓶颈，极大的提升系统的性能。光子轨道角动量更是量子信息发挥作用的重要载体。但是无论是探测、成像还是通信领域都需要介质在大气中进行传输，大气中湍流介质的不可预测扰动会对轨道角动量产生一定的影响，这种影响会造成探测的不准确、以及传输信息的失误。从以上领域遇到的实际问题可以看出，研究OAM光束的传输特性就显得尤为重要，本课题采用实验与模拟相结合的方法研究OAM的测量以及在大气湍流条件下OAM光束的传输机理问题，为量子探测与识别、关联成像、量子通信提供一定的理论基矗1.2国内外研究现状1.2.1轨道角动量研究现状早在上个世纪就有专家开始光子角动量的相关研究工作。1909年，Poynting[8]率先提出角动量的存在，并将光子的自旋角动量（如图1-3所示）与光的偏振态联系到一起。使人们首次认识到了光子还可以具有角动量这一“量子态”特征。1936年，美国普林斯顿大学的RichardA.Beth等人[9]采用光学实验的方法，使用四分之一波片首次证实了偏振光子可以携带自旋角动量。至此，人们逐渐开始了角动量相关的研究工作。图1-3自旋角动量示意图图1-4轨道角动量示意图1992年，荷兰莱顿大学的L.Allen[10]通过理论分析的方法对拉盖尔-高斯光
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的次谐波大气湍流相位屏模拟方法[J]. 刘涛,朱聪,孙春阳,张景芝,雷艳旭,张荣香. 光子学报. 2019(02)
[2]海上大气激光传输特性仿真研究[J]. 冷坤,武文远,龚艳春,杨云涛,章曦. 激光与红外. 2018(12)
[3]量子雷达研究新进展[J]. 孙悦,马菁汀,刘尊龙,唐倩,李高亮,冯飞. 战术导弹技术. 2018(05)
[4]轨道角动量分离系统中纯相位型扇出光栅的设计[J]. 尹霄丽,廖焕宇,王拥军,常欢,崔小舟,林娇玲. 光子学报. 2018(09)
[5]大气湍流下的轨道角动量编码测量设备无关量子密钥分发[J]. 朱卓丹,赵尚弘,谷文苑,刘菁,孙祥祥. 光学学报. 2018(12)
[6]大气湍流等效相位屏的仿真研究[J]. 徐瑞超,高明. 西安工业大学学报. 2018(02)
[7]大气湍流对单光子轨道角动量态影响的研究[J]. 卫俊杰,周华伟,邱伟. 光学与光电技术. 2018(02)
[8]各向异性大气湍流中涡旋Lommel光束传输特性[J]. 杨瑞科,周静. 西安电子科技大学学报. 2018(05)
[9]量子关联成像技术发展[J]. 赵剡,李高亮,杨照华. 航空兵器. 2017(05)
[10]Efficient separating orbital angular momentum mode with radial varying phase[J]. CHENG LI,SHENGMEI ZHAO. Photonics Research. 2017(04)
博士论文
[1]基于几何位相的光学轨道角动量产生与调控研究[D]. 靳金金.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]拉盖尔高斯光束的产生及其轨道角动量探测[D]. 魏敦钊.南京大学 2018
[3]大气湍流对光子轨道角动量及量子态偏振特性影响的研究[D]. 闫香.中国科学技术大学 2017
[4]光学轨道角动量测量技术研究[D]. 周海龙.华中科技大学 2017
[5]大口径、宽视场光学遥感器像元级辐射定标与校正方法研究[D]. 张钊.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
硕士论文
[1]完美涡旋光束的传输与深聚焦特性研究[D]. 蔡瑾瑶.电子科技大学 2019
[2]湍流环境中涡旋光束的传输与轨道角动量的识别[D]. 孙日东.西安电子科技大学 2019
[3]涡旋光束的自适应光学校正技术研究[D]. 王夏尧.西安理工大学 2018
[4]不同光阑的涡旋光衍射特性研究[D]. 李润泉.北京交通大学 2018
[5]涡旋光束在大气湍流中传播的仿真实验研究[D]. 朱竞祎.南京理工大学 2018
[6]RAiGV光束在各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性[D]. 狄颢萍.南京理工大学 2018
[7]光学涡旋在大气中的动力学传输特性的研究[D]. 张絮.南京理工大学 2018
[8]涡旋光束轨道角动量的分离与检测[D]. 薛璞.西安理工大学 2017
[9]量子关联在量子雷达研究中的应用[D]. 邢惠惠.大连理工大学 2017
[10]大气湍流中涡旋光束轨道角动量谱的扩散及修正的研究[D]. 张滔.电子科技大学 2017
本文编号：3395679
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统目标探测能量示意图
?帜Ｊ剑?尘昂湍勘甑哪芰吭谡?个探测路径内非矢量叠加，弱目标信号极易被背景噪音淹没，使得探测系统适应各种天气的能力较差，抗干扰的能力较弱。后续发展起来的激光主动探测采用主动照射方式增强目标信号以提高天候适应性和探测距离，但对于探测路径云雾干扰严重、目标隐身以及目标飞行速度快等场景下，其探测可行性和精度也大打折扣，甚至也无能为力。因此迫切需要发展针对高超声速和隐身目标的新型预警探测技术，补充增强现有的空天预警探测能力。量子目标探测技术在这一背景下被提出。图1-1传统目标探测能量示意图图1-2量子态检测概念示意图近些年来携带轨道角动量的光子作为一种新兴媒介，被广泛应用于各个重要领域。由于量子态的光子可以携带一定的信息，一些专家学者提出将量子应
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-写入单个光子中，这样就使得通信容量得到极大地的提升[6]。此外，使用具有轨道角动量的涡旋光束进行编码，由于其复杂的结构模式，使信息传输过程的安全性有了极大的提高。因此，使用携带轨道角动量的涡旋光束中进行信息传输，其信息容量、传输速度以及安全性与传统的信息传输方式相比都有极大的优势[7]。从以上内容可以看出，量子信息的引入在目标探测、识别成像、信息传输等领域可以突破经典系统存在的瓶颈，极大的提升系统的性能。光子轨道角动量更是量子信息发挥作用的重要载体。但是无论是探测、成像还是通信领域都需要介质在大气中进行传输，大气中湍流介质的不可预测扰动会对轨道角动量产生一定的影响，这种影响会造成探测的不准确、以及传输信息的失误。从以上领域遇到的实际问题可以看出，研究OAM光束的传输特性就显得尤为重要，本课题采用实验与模拟相结合的方法研究OAM的测量以及在大气湍流条件下OAM光束的传输机理问题，为量子探测与识别、关联成像、量子通信提供一定的理论基矗1.2国内外研究现状1.2.1轨道角动量研究现状早在上个世纪就有专家开始光子角动量的相关研究工作。1909年，Poynting[8]率先提出角动量的存在，并将光子的自旋角动量（如图1-3所示）与光的偏振态联系到一起。使人们首次认识到了光子还可以具有角动量这一“量子态”特征。1936年，美国普林斯顿大学的RichardA.Beth等人[9]采用光学实验的方法，使用四分之一波片首次证实了偏振光子可以携带自旋角动量。至此，人们逐渐开始了角动量相关的研究工作。图1-3自旋角动量示意图图1-4轨道角动量示意图1992年，荷兰莱顿大学的L.Allen[10]通过理论分析的方法对拉盖尔-高斯光
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的次谐波大气湍流相位屏模拟方法[J]. 刘涛,朱聪,孙春阳,张景芝,雷艳旭,张荣香. 光子学报. 2019(02)
[2]海上大气激光传输特性仿真研究[J]. 冷坤,武文远,龚艳春,杨云涛,章曦. 激光与红外. 2018(12)
[3]量子雷达研究新进展[J]. 孙悦,马菁汀,刘尊龙,唐倩,李高亮,冯飞. 战术导弹技术. 2018(05)
[4]轨道角动量分离系统中纯相位型扇出光栅的设计[J]. 尹霄丽,廖焕宇,王拥军,常欢,崔小舟,林娇玲. 光子学报. 2018(09)
[5]大气湍流下的轨道角动量编码测量设备无关量子密钥分发[J]. 朱卓丹,赵尚弘,谷文苑,刘菁,孙祥祥. 光学学报. 2018(12)
[6]大气湍流等效相位屏的仿真研究[J]. 徐瑞超,高明. 西安工业大学学报. 2018(02)
[7]大气湍流对单光子轨道角动量态影响的研究[J]. 卫俊杰,周华伟,邱伟. 光学与光电技术. 2018(02)
[8]各向异性大气湍流中涡旋Lommel光束传输特性[J]. 杨瑞科,周静. 西安电子科技大学学报. 2018(05)
[9]量子关联成像技术发展[J]. 赵剡,李高亮,杨照华. 航空兵器. 2017(05)
[10]Efficient separating orbital angular momentum mode with radial varying phase[J]. CHENG LI,SHENGMEI ZHAO. Photonics Research. 2017(04)
博士论文
[1]基于几何位相的光学轨道角动量产生与调控研究[D]. 靳金金.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]拉盖尔高斯光束的产生及其轨道角动量探测[D]. 魏敦钊.南京大学 2018
[3]大气湍流对光子轨道角动量及量子态偏振特性影响的研究[D]. 闫香.中国科学技术大学 2017
[4]光学轨道角动量测量技术研究[D]. 周海龙.华中科技大学 2017
[5]大口径、宽视场光学遥感器像元级辐射定标与校正方法研究[D]. 张钊.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
硕士论文
[1]完美涡旋光束的传输与深聚焦特性研究[D]. 蔡瑾瑶.电子科技大学 2019
[2]湍流环境中涡旋光束的传输与轨道角动量的识别[D]. 孙日东.西安电子科技大学 2019
[3]涡旋光束的自适应光学校正技术研究[D]. 王夏尧.西安理工大学 2018
[4]不同光阑的涡旋光衍射特性研究[D]. 李润泉.北京交通大学 2018
[5]涡旋光束在大气湍流中传播的仿真实验研究[D]. 朱竞祎.南京理工大学 2018
[6]RAiGV光束在各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性[D]. 狄颢萍.南京理工大学 2018
[7]光学涡旋在大气中的动力学传输特性的研究[D]. 张絮.南京理工大学 2018
[8]涡旋光束轨道角动量的分离与检测[D]. 薛璞.西安理工大学 2017
[9]量子关联在量子雷达研究中的应用[D]. 邢惠惠.大连理工大学 2017
[10]大气湍流中涡旋光束轨道角动量谱的扩散及修正的研究[D]. 张滔.电子科技大学 2017
本文编号：3395679
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