多环涡旋光束的产生及其传输特性的研究
发布时间：2021-08-09 17:22
携带轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）的涡旋光束具有相位奇点且波前相位呈螺旋结构分布。在OAM复用通信系统中因OAM模式之间具有正交性,则在同一波长上可实现OAM复用,使其在信息编码,信息传输和数据存储等方面有着广泛的应用。本文以OAM复用通信系统为背景,研究了多环涡旋光束的产生及其在大气湍流中的传输特性,主要工作如下:1、介绍了常见的涡旋光束类型,并以典型的拉盖尔-高斯光束为例,推导了正交叠加产生双环及三环涡旋光束的光强和相位表达式,仿真分析了不同光源参数情况下多环涡旋光束的光强和相位分布特性,给出了多环涡旋光束的光强和相位分布随着单个涡旋光束拓扑荷数改变时的变化规律。2、搭建了利用空间光调制器产生双环涡旋光束的实验平台,实现了在同号和异号的拓扑荷数情况下双环涡旋光束的产生,验证了多环涡旋光束产生的合理性和有效性。3、理论研究了双环涡旋光束的传输机理,并利用随机相位屏模拟了大气湍流介质,继而研究了双环涡旋光束在不同大气湍流强度下传输后光强和相位分布的变化情况。研究结果表明:正交叠加后产生的多环涡旋光束是互相独立的,其内环为拓扑荷数绝对值最小的涡旋光...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
理想螺旋相位板[75]
西安理工大学硕士学位论文16图2-6空间光调制器Fig.2-6SpatialLightModulatorSLM法属于计算全息法的一种，它采用SLM代替了全息光栅，操作简单便捷。将设计的全息图直接加载到SLM上，利用光照射SLM便可得到涡旋光束。具体光路如图2-7所示，He-Ne激光器发出的光束经扩束器扩束后入射到加载全息光栅的SLM上，生成涡旋光束。偏振片空间光调制器光学相机计算机He-Ne激光器图2-7SLM法产生涡旋光束的实验装置图Fig.2-7ExperimentalsetupdiagramofvortexbeamgeneratedbySLMmethodSLM法相比较计算全息法的优点是，通过改变输入的信息，会产生不同样式的全息图，则会制备出不同的涡旋光束，应用时非常方便快捷。SLM法相比较螺旋相位板法的优点是成本较低，一个SPP只能产生种类比较少的涡旋光束，如需出现不同数值的涡旋光束，则需多个SPP，此时成本较大。利用SLM法产生的涡旋光束的质量较好。2.3常见涡旋光束2.3.1拉盖尔高斯光束拉盖尔高斯光束是最典型的一种涡旋光束，其振幅表达式为[76]：22222222!122,,exp()!()()expexp21exp2llLGpRprrrErzLlpwzwzwzwzikrziplilzz(2-19)其中
西安理工大学硕士学位论文26SLM1准直扩束系统He-Ne激光器光束分析仪偏振分束器合束器偏振片2偏振片1SLM2图3-3正交叠加产生双环涡旋光束的实验装置Fig.3-3Experimentaldevicediagramforgeneratingdouble-ringvortexbeamsbyorthogonalsuperposition.实验中使用的光束分析仪BeamGage由Ophir-Spiricon有限公司生产，它的型号为SP907，生产成本比较低。该光束分析仪的适用波长范围为190~1100nm，像素数为2752*2192。具有高速度、高分辨率的特点，支持多场合多相机使用，支持网络共享相机，具有多种日志方法的结果和数据日志记录能力。光束分析仪的实物图如图3-4所示。图3-4光束分析仪实物图Fig.3-4Photographofbeamanalyzer正交叠加产生双环涡旋光束的实验中采用的SLM的型号为RL-R2-SLM，是一种纯相位反射型SLM，液晶区域由1024*768个像素点组成，相位的调制范围为0-2π，适合的波长范围为400nm~700nm波段之间。SLM的实物图如图3-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单粒子散射对拉盖尔-高斯光束轨道角动量的影响[J]. 赵青松,郝士琦,张岱,宛雄丰. 光学学报. 2018(06)
[2]轨道角动量叠加态的产生及其检验[J]. 柯熙政,薛璞. 红外与激光工程. 2018(04)
[3]利用少模光纤产生涡旋光的实验[J]. 柯熙政,葛甜. 中国激光. 2017(11)
[4]基于多值光学涡旋相息图的OAM光通信系统[J]. 苏明样,张小科,贺炎亮,陈智聪,陈书青,李瑛. 光通信技术. 2017(07)
[5]部分相干离轴涡旋光束在大气湍流中的光强分布[J]. 柯熙政,王超珍. 光学学报. 2017(01)
[6]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)
[7]涡旋光束在湍流大气中的光束扩展[J]. 葛筱璐,王本义,国承山. 光学学报. 2016(03)
[8]拉盖尔-高斯涡旋光束的传输特性研究[J]. 侯乐鑫,耿滔,董祥美. 上海理工大学学报. 2015(04)
[9]利用非传统螺旋相位调控高阶涡旋光束的拓扑结构[J]. 王亚东,甘雪涛,俱沛,庞燕,袁林光,赵建林. 物理学报. 2015(03)
[10]部分相干光在大气湍流中的光强闪烁效应[J]. 柯熙政,张宇. 光学学报. 2015(01)
硕士论文
[1]大气湍流信道中涡旋光束传输特性研究[D]. 刘正.太原理工大学 2018
[2]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
[3]涡旋光束的特性研究[D]. 陈志婷.燕山大学 2013
[4]多涡旋光场干涉的分布传输特性分析[D]. 王文磊.山东师范大学 2013
本文编号：3332485
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
理想螺旋相位板[75]
西安理工大学硕士学位论文16图2-6空间光调制器Fig.2-6SpatialLightModulatorSLM法属于计算全息法的一种，它采用SLM代替了全息光栅，操作简单便捷。将设计的全息图直接加载到SLM上，利用光照射SLM便可得到涡旋光束。具体光路如图2-7所示，He-Ne激光器发出的光束经扩束器扩束后入射到加载全息光栅的SLM上，生成涡旋光束。偏振片空间光调制器光学相机计算机He-Ne激光器图2-7SLM法产生涡旋光束的实验装置图Fig.2-7ExperimentalsetupdiagramofvortexbeamgeneratedbySLMmethodSLM法相比较计算全息法的优点是，通过改变输入的信息，会产生不同样式的全息图，则会制备出不同的涡旋光束，应用时非常方便快捷。SLM法相比较螺旋相位板法的优点是成本较低，一个SPP只能产生种类比较少的涡旋光束，如需出现不同数值的涡旋光束，则需多个SPP，此时成本较大。利用SLM法产生的涡旋光束的质量较好。2.3常见涡旋光束2.3.1拉盖尔高斯光束拉盖尔高斯光束是最典型的一种涡旋光束，其振幅表达式为[76]：22222222!122,,exp()!()()expexp21exp2llLGpRprrrErzLlpwzwzwzwzikrziplilzz(2-19)其中
西安理工大学硕士学位论文26SLM1准直扩束系统He-Ne激光器光束分析仪偏振分束器合束器偏振片2偏振片1SLM2图3-3正交叠加产生双环涡旋光束的实验装置Fig.3-3Experimentaldevicediagramforgeneratingdouble-ringvortexbeamsbyorthogonalsuperposition.实验中使用的光束分析仪BeamGage由Ophir-Spiricon有限公司生产，它的型号为SP907，生产成本比较低。该光束分析仪的适用波长范围为190~1100nm，像素数为2752*2192。具有高速度、高分辨率的特点，支持多场合多相机使用，支持网络共享相机，具有多种日志方法的结果和数据日志记录能力。光束分析仪的实物图如图3-4所示。图3-4光束分析仪实物图Fig.3-4Photographofbeamanalyzer正交叠加产生双环涡旋光束的实验中采用的SLM的型号为RL-R2-SLM，是一种纯相位反射型SLM，液晶区域由1024*768个像素点组成，相位的调制范围为0-2π，适合的波长范围为400nm~700nm波段之间。SLM的实物图如图3-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单粒子散射对拉盖尔-高斯光束轨道角动量的影响[J]. 赵青松,郝士琦,张岱,宛雄丰. 光学学报. 2018(06)
[2]轨道角动量叠加态的产生及其检验[J]. 柯熙政,薛璞. 红外与激光工程. 2018(04)
[3]利用少模光纤产生涡旋光的实验[J]. 柯熙政,葛甜. 中国激光. 2017(11)
[4]基于多值光学涡旋相息图的OAM光通信系统[J]. 苏明样,张小科,贺炎亮,陈智聪,陈书青,李瑛. 光通信技术. 2017(07)
[5]部分相干离轴涡旋光束在大气湍流中的光强分布[J]. 柯熙政,王超珍. 光学学报. 2017(01)
[6]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)
[7]涡旋光束在湍流大气中的光束扩展[J]. 葛筱璐,王本义,国承山. 光学学报. 2016(03)
[8]拉盖尔-高斯涡旋光束的传输特性研究[J]. 侯乐鑫,耿滔,董祥美. 上海理工大学学报. 2015(04)
[9]利用非传统螺旋相位调控高阶涡旋光束的拓扑结构[J]. 王亚东,甘雪涛,俱沛,庞燕,袁林光,赵建林. 物理学报. 2015(03)
[10]部分相干光在大气湍流中的光强闪烁效应[J]. 柯熙政,张宇. 光学学报. 2015(01)
硕士论文
[1]大气湍流信道中涡旋光束传输特性研究[D]. 刘正.太原理工大学 2018
[2]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
[3]涡旋光束的特性研究[D]. 陈志婷.燕山大学 2013
[4]多涡旋光场干涉的分布传输特性分析[D]. 王文磊.山东师范大学 2013
本文编号：3332485
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