RAiGV光束在各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性

发布时间：2021-04-27 12:33

　　近些年来,无衍射艾里光束、涡旋光束和矢量光束等新型光束的提出以及实现,为广大学者研究如何减少光在大气湍流中的传输效应提供了新的方向。艾里光束具有无衍射性、自横向加速性以及自修复性,在大气湍流中传输具有较强的抗干扰能力;涡旋光束在大气湍流中的抗干扰能力也强于普通光束,以其携带的轨道角动量作为载体可以实现对信息的编码和传输,稳定性较高;矢量光束自身具有的偏振编码方式在传输过程中不易受大气湍流的影响。圆艾里高斯涡旋光束（Ring Airy Gaussian Vortex Beams,RAiGV）同时具有艾里光束和涡旋光束的特性,而由RAiGV光束合成的矢量光束（简称矢量光束）又同时兼具矢量光束的特性。本文利用功率谱反演法结合非均匀采样法进行低频补偿,构造与湍流尺度相关的各向异性非Kolmogorov大气湍流指数谱模型的随机相位屏,并采用多层相位屏法数值模拟研究大气湍流中的光传输效应,进而利用空间光调制器进行光学模拟实验。数值模拟和光学实验结果同时证明RAiGV光束的漂移值受大气湍流外尺度、各向异性系数、功率谱幂律以及光束的拓扑荷值、指数截断因子、艾里环主半径等参数的影响。湍流外尺度越大,各向... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究成果
        1.2.1 新型光束的建立和研究进展
        1.2.2 新型光束在大气湍流中传输的最新研究进展
    1.3 研究内容和方法
2 圆艾里高斯涡旋光束在大气湍流中传输的基本理论
    2.1 大气湍流基本理论
        2.1.1 大气湍流的概念
        2.1.2 大气湍流折射率功率谱模型
        2.1.3 大气湍流功率谱模型的发展
        2.1.4 与尺度相关的各向异性湍流模型
    2.2 大气湍流对光束传输的影响
        2.2.1 光束漂移
        2.2.2 大气湍流对涡旋光束拓扑荷值的影响
    2.3 圆艾里高斯涡旋光束
        2.3.1 艾里光束
        2.3.2 涡旋光束
        2.3.3 圆艾里高斯涡旋光束
    2.4 矢量光束
        2.4.1 左旋和右旋偏振圆艾里高斯涡旋光束合成矢量光束
    2.5 本章小结
3 数值模拟研究与分析
    3.1 非均匀采样功率谱反演法构造湍流随机相位屏
        3.1.1 功率谱反演法
        3.1.2 非均匀采样法
    3.2 多层相位屏法数值模拟
        3.2.1 多层相位屏法
    3.3 两种湍流随机相位屏模型
    3.4 数值模拟研究圆艾里高斯涡旋光束在大气湍流中的传输特性
        3.4.1 圆艾里高斯涡旋光束的光强分布
        3.4.2 圆艾里高斯涡旋光束的漂移特性
        3.4.3 圆艾里高斯涡旋光束拓扑荷值的变化情况
    3.5 数值模拟研究矢量光束在大气湍流中的传输特性
        3.5.1 圆艾里高斯涡旋光束合成的矢量光束的光强分布
        3.5.2 圆艾里高斯涡旋光束合成的矢量光束的相位分布
        3.5.3 两种光束漂移特性对比
    3.6 本章小结
4 实验模拟研究与分析
    4.1 空间光调制器
        4.1.1 液晶空间光调制器的原理
        4.1.2 液晶空间光调制器的应用
    4.2 实验模拟研究圆艾里高斯涡旋光束在大气湍流中的传输特性
        4.2.1 实验装置
        4.2.2 实验用相位信息图的转化
        4.2.3 实验模拟研究圆艾里高斯涡旋光束在大气湍流中的漂移特性
        4.2.4 干涉法测量圆艾里高斯涡旋光束通过大气湍流前后的拓扑荷值
        4.2.5 误差分析
    4.3 本章小结
5 总结与展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]矢量光束空间偏振编码的研究[J]. 辛璟焘,孟晓辰,闫光,娄小平,祝连庆.  光学技术. 2017(03)
[2]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)
[3]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)
[4]基于螺旋相位板的涡旋光束的产生与干涉[J]. 郭苗军,曾军,李晋红.  激光与光电子学进展. 2016(09)
[5]涡旋光束拓扑荷值的干涉测量方法[J]. 周洋,李新忠,王静鸽,王辉,李贺贺.  河南科技大学学报(自然科学版). 2016(03)
[6]艾里涡旋光束在大气湍流中的漂移特性研究[J]. 程振,楚兴春,赵尚弘,邓博于,张曦文.  中国激光. 2015(12)
[7]实验模拟环形艾里光束在大气扰动中的光束漂移[J]. 王晓章,唐峰,原勐捷,李睿,段德军,张辉,陈瑞宁.  中国激光. 2015(08)
[8]功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究[J]. 蔡冬梅,王昆,贾鹏,王东,刘建霞.  物理学报. 2014(10)
[9]液晶空间光调制器模拟艾里光束在湍流中的漂移[J]. 王晓章,李琦,钟文,王骐.  中国激光. 2013(12)
[10]厄米-高斯光束合成任意阶矢量光束[J]. 辛璟焘,高春清,李辰.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(10)

博士论文
[1]基于相位空间光调制器的艾里光束产生和传输控制研究[D]. 王晓章.哈尔滨工业大学 2013

硕士论文
[1]涡旋光束在湍流大气中的传输特性研究[D]. 陶峥.南京理工大学 2016
[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]液晶空间光调制器在涡旋光束和矢量光束合成中的应用研究[D]. 宗正月.内蒙古大学 2013
[4]基于空间光调制器的大气湍流模拟与校正技术[D]. 王奇涛.长春理工大学 2013
[5]光束在湍流大气中的传输[D]. 李成良.华侨大学 2011
[6]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



本文编号：3163475