相位差法校正涡旋光束波前畸变的实验研究
发布时间：2022-02-24 14:56
涡旋光束是一种携带轨道角动量（Orbital Angular Momentun,OAM）的光束,其光强分布为一中空环形、相位分布为一特殊螺旋状。由于OAM理论上具有无限多维度,且携带不同OAM模式的涡旋光束之间具有相互正交的特性,因此将多个涡旋光束进行叠加复用后作为信息传输的载体用于无线光通信系统可以大幅提高通信的容量及频谱效率。然而涡旋光束在自由空间中传输时受大气湍流扰动的影响,会产生相位畸变、光强闪烁、光束扩展等现象,从而影响信息传输的可靠性。本文以此为背景,深入的研究了基于相位差（Phase Diversity,PD）算法的无波前传感校正技术对涡旋光束波前畸变校正补偿的可行性。本文研究的主要工作如下:1、涡旋光束在大气湍流中的波前畸变。根据涡旋光束和Kolmogorov谱模型的基础理论仿真了拉盖尔-高斯光束的光强和相位分布,并对比分析了几种常用大气湍流相位屏模拟方法的优缺点;基于多相位屏模型分析了拉盖尔-高斯光束经过大气湍流扰动后的波前畸变和轨道角动量串扰情况。2、基于PD算法的无波前传感校正技术对涡旋光束修正补偿的仿真研究。根据经典的自适应光学（Adaptive Optics,...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 自适应光学校正技术的研究现状
1.2.2 相位差法的研究现状
1.2.3 涡旋光束自适应光学校正技术的发展趋势
1.3 论文结构
2 涡旋光束在大气湍流中的波前畸变
2.1 涡旋光束的基础理论
2.2 大气湍流相位屏模拟
2.2.1 功率谱反演法
2.2.2 泽尼克多项式法
2.2.3 分形法
2.3 多相位屏法
2.4 涡旋光束经大气传输的波前畸变
2.4.1 LG光束的畸变相位
2.4.2 LG光束的模式串扰特性
2.5 本章小结
3 相位差法的基础理论与数值仿真
3.1 相位差法
3.1.1 相位差无波前探测原理
3.1.2 波前恢复算法
3.1.3 基于目标函数的优化求解
3.2 基于相位差算法的自适应光学校正技术
3.2.1 校正原理
3.2.2 波前校正器
3.3 相位差法校正补偿涡旋光束的数值仿真
3.3.1 相位差法校正单个涡旋光束的仿真结果
3.3.2 相位差法校正叠加态涡旋光束的仿真结果
3.4 相位差法与GS算法的比较
3.4.1 PD算法的收敛性分析
3.4.2 GS算法的收敛性分析
3.4.3 讨论与分析
3.5 本章小节
4 基于相位差算法校正畸变涡旋光束的实验研究
4.1 实验装置
4.1.1 涡旋光束的产生
4.1.2 畸变波前的模拟
4.1.3 基于相位差算法的无波前校正补偿
4.2 实验分析
4.2.1 单个涡旋光束波前校正的实验结果与分析
4.2.2 叠加态涡旋光束波前校正的实验结果与分析
4.2.3 实验误差分析
4.3 本章小结
5 总结与展望
5.1 研究小结
5.2 前景展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于功率谱反演法的大气湍流相位屏数值模拟[J]. 杨海波,许宏. 光电技术应用. 2019(04)
[2]一种快速收敛的随机并行梯度下降算法[J]. 胡栋挺,申文,马文超,刘新宇,苏宙平,朱华新,张秀梅,阙立志,朱卓伟,张逸新,陈国庆,胡立发. 激光与光电子学进展. 2019(12)
[3]无波前传感自适应波前校正系统的图形处理器加速[J]. 柯熙政,张云峰,张颖,雷思琛. 激光与光电子学进展. 2019(07)
[4]涡旋光波前畸变校正实验研究[J]. 柯熙政,王夏尧. 光学学报. 2018(03)
[5]无波前传感器的自适应光学校正[J]. 吴加丽,柯熙政. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[6]基于液晶空间光调制器的相位差波前探测技术定量研究[J]. 李小平,胡五生,于洪丽,徐梓浩,张佩光,杨程亮,宣丽. 液晶与显示. 2017(03)
[7]涡旋光束的自适应光学波前校正技术[J]. 高春清,张世坤,付时尧,胡新奇. 红外与激光工程. 2017(02)
[8]基于全变差正则化的相位恢复算法[J]. 练秋生,魏天姣,陈书贞,石保顺. 电子学报. 2017(01)
[9]非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟[J]. 李玉杰,朱文越,饶瑞中. 红外与激光工程. 2016(12)
[10]Influences of atmospheric turbulence effects on the orbital angular momentum spectra of vortex beams[J]. Shiyao Fu,Chunqing Gao. Photonics Research. 2016(05)
博士论文
[1]基于相位差法的高分辨率液晶自适应光学技术研究[D]. 徐梓浩.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
本文编号：3642954
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 自适应光学校正技术的研究现状
1.2.2 相位差法的研究现状
1.2.3 涡旋光束自适应光学校正技术的发展趋势
1.3 论文结构
2 涡旋光束在大气湍流中的波前畸变
2.1 涡旋光束的基础理论
2.2 大气湍流相位屏模拟
2.2.1 功率谱反演法
2.2.2 泽尼克多项式法
2.2.3 分形法
2.3 多相位屏法
2.4 涡旋光束经大气传输的波前畸变
2.4.1 LG光束的畸变相位
2.4.2 LG光束的模式串扰特性
2.5 本章小结
3 相位差法的基础理论与数值仿真
3.1 相位差法
3.1.1 相位差无波前探测原理
3.1.2 波前恢复算法
3.1.3 基于目标函数的优化求解
3.2 基于相位差算法的自适应光学校正技术
3.2.1 校正原理
3.2.2 波前校正器
3.3 相位差法校正补偿涡旋光束的数值仿真
3.3.1 相位差法校正单个涡旋光束的仿真结果
3.3.2 相位差法校正叠加态涡旋光束的仿真结果
3.4 相位差法与GS算法的比较
3.4.1 PD算法的收敛性分析
3.4.2 GS算法的收敛性分析
3.4.3 讨论与分析
3.5 本章小节
4 基于相位差算法校正畸变涡旋光束的实验研究
4.1 实验装置
4.1.1 涡旋光束的产生
4.1.2 畸变波前的模拟
4.1.3 基于相位差算法的无波前校正补偿
4.2 实验分析
4.2.1 单个涡旋光束波前校正的实验结果与分析
4.2.2 叠加态涡旋光束波前校正的实验结果与分析
4.2.3 实验误差分析
4.3 本章小结
5 总结与展望
5.1 研究小结
5.2 前景展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于功率谱反演法的大气湍流相位屏数值模拟[J]. 杨海波,许宏. 光电技术应用. 2019(04)
[2]一种快速收敛的随机并行梯度下降算法[J]. 胡栋挺,申文,马文超,刘新宇,苏宙平,朱华新,张秀梅,阙立志,朱卓伟,张逸新,陈国庆,胡立发. 激光与光电子学进展. 2019(12)
[3]无波前传感自适应波前校正系统的图形处理器加速[J]. 柯熙政,张云峰,张颖,雷思琛. 激光与光电子学进展. 2019(07)
[4]涡旋光波前畸变校正实验研究[J]. 柯熙政,王夏尧. 光学学报. 2018(03)
[5]无波前传感器的自适应光学校正[J]. 吴加丽,柯熙政. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[6]基于液晶空间光调制器的相位差波前探测技术定量研究[J]. 李小平,胡五生,于洪丽,徐梓浩,张佩光,杨程亮,宣丽. 液晶与显示. 2017(03)
[7]涡旋光束的自适应光学波前校正技术[J]. 高春清,张世坤,付时尧,胡新奇. 红外与激光工程. 2017(02)
[8]基于全变差正则化的相位恢复算法[J]. 练秋生,魏天姣,陈书贞,石保顺. 电子学报. 2017(01)
[9]非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟[J]. 李玉杰,朱文越,饶瑞中. 红外与激光工程. 2016(12)
[10]Influences of atmospheric turbulence effects on the orbital angular momentum spectra of vortex beams[J]. Shiyao Fu,Chunqing Gao. Photonics Research. 2016(05)
博士论文
[1]基于相位差法的高分辨率液晶自适应光学技术研究[D]. 徐梓浩.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
本文编号：3642954
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