涡旋光通信理论与实现方法

第1章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状 4 参考文献 10 第2章 涡旋光的基本特性 25 2.1 涡旋光的概念 25 2.2 涡旋光的特性 27 2.3 几种典型的涡旋光 29 2.3.1 拉盖尔高斯光束 29 2.3.2 贝塞尔高斯光束 34 2.3.3 完美涡旋光 36 2.3.4 Lommel光束 39 参考文献 41 第3章 涡旋光的产生 50 3.1 涡旋光产生方法概述 50 3.1.1 螺旋相位板法 51 3.1.2 计算全息法 53 3.1.3 空间光调制器法 56 3.2 单模涡旋光的产生 58 3.2.1 空间光调制器加载相位图产生涡旋光 58 3.2.2 空间光调制器加载计算全息图产生涡旋光 63 3.3 复合涡旋光的产生 66 3.3.1 拉盖尔高斯光束共轴叠加模态 66 3.3.2 复合涡旋光的实验产生 67 3.4 阵列涡旋光的产生 68 3.4.1 阵列涡旋光全息图设计 68 3.4.2 阵列涡旋光产生实验平台搭建 69 3.4.3 实验产生阵列涡旋光 70 3.4.4 阵列涡旋光的模态测量 71 3.4.5 阵列涡旋光光束质量分析 72 参考文献 73 第4章 涡旋光模态的探测 77 4.1 涡旋光模态探测方法概述 77 4.2 轨道角动量模态探测 79 4.2.1 改进型模态探测实验系统 79 4.2.2 共轭模态检测实验系统的实现 84 4.3 新型衍射光栅设计 89 4.3.1 周期渐变螺旋光栅 89 4.3.2 螺旋相位光栅 95 参考文献 100 第5章 湍流环境中光场的传输特性 104 5.1 大气湍流环境 104 5.1.1 大气湍流折射率起伏功率谱模型 104 5.1.2 多相位屏模拟大气湍流 109 5.2 海洋湍流环境 112 5.2.1 海洋湍流折射率起伏功率谱模型 112 5.2.2 随机相位屏模拟海洋湍流 114 5.3 湍流环境对涡旋光光强和相位分布的影响 115 5.3.1 多相位屏模拟光场在湍流环境传输 115 5.3.2 半实验方法研究光场在湍流环境中的传输 121 5.4 光场在湍流环境中的传输特性 124 5.4.1 平均光强分布 124 5.4.2 轨道角动量概率密度分布特性 131 5.4.3 轨道角动量螺旋谱分布 139 5.4.4 平均信道容量 147 参考文献 154 第6章 基于涡旋光的编译码通信 157 6.1 涡旋光编译码通信的理论基础 157 6.2 基于涡旋光的相干检测光通信系统 159 6.2.1 相干检测原理与实验基础 159 6.2.2 涡旋光相干检测光通信应用 162 6.3 基于涡旋光的非相干光通信系统 165 6.4 图像信息去冗余 168 6.4.1 编码冗余 168 6.4.2 心理视觉冗余 171 参考文献 171