涡旋光束嵌套高斯光束的产生及其在湍流大气中的传输

论文摘要

近年来，涡旋光束由于在光通信和粒子捕获方面的广阔应用前景，引起广大学者的关注与研究。涡旋光束在传播方向上有一个位相项exp i l，同时具有光束轨道角动量，利用这一轨道角动量进行信息编码即可将其应用于空间光通信。本文提出采用空心相位板产生涡旋光束嵌套高斯光束，可实现涡旋光束与高斯光束在大气中同时传输，利用此二光束在接收端进行干涉检测涡旋光束所携带的拓扑荷数。论文介绍了产生涡旋光束嵌套高斯光束的实验装置，可望用于空间光通信。文中重点研究了涡旋光束嵌套高斯光束的产生方法、检测原理以及高斯光束和涡旋光束嵌套高斯光束在大气湍流中的传输特性，具体分析了像差散焦和像差像散影响下，高斯光束和涡旋光束嵌套高斯光束在大气中传输一定距离后其焦平面上的光强分布特性。本论文对涡旋光束嵌套高斯光束的产生方法、传输特性以及涡旋光束嵌套高斯光束拓扑电荷数的检测原理进行了研究。本论文的主要内容安排如下：1.介绍了涡旋光束的基本理论知识，并叙述了本论文主要内容的整体安排2.介绍了空心相位板，给出利用空心相位板产生涡旋光束嵌套高斯光束的实验装置并且简要介绍了几种常见的涡旋光束的产生方法，具体阐述了利用空心相位板产生涡旋光束嵌套高斯光束的基本原理以及利用其自干涉效应检测涡旋光束所携带的拓扑荷数的方法。3.描述了大气湍流，介绍了大气湍流中的一些基本参量。给出了一些大气湍流折射率功率谱模型，具体研究了湍流大气中的光强起伏、光束漂移对光束传输的影响。4.研究了高斯光束以及涡旋光束嵌套高斯光束在湍流大气中的传输特性，具体研究了湍流大气像差散焦和像散作用下两种光束焦平面的光强分布特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容与目标
• 1.3 本论文整体安排
• 第2章 有关涡旋光束的基本理论
• 2.1 涡旋光束的相关理论
• 2.2 涡旋光束产生方法简介
• 2.2.1 运用螺线型相位板产生涡旋光束
• 2.2.2 运用计算全息图产生涡旋光束
• 2.2.3 运用相息图产生涡旋光束
• 2.2.4 运用圆锥棱镜产生涡旋光束
• 2.3 涡旋光束的应用
• 第3章 涡旋光束嵌套高斯光束的产生与检测
• 3.1 利用空心相位板产生涡旋光束嵌套高斯光束
• 3.2 涡旋光束嵌套高斯光束的检测原理
• 3.3 涡旋光束嵌套高斯光束的检测结果
• 3.3.1 涡旋光束嵌套高斯光束检测的理论模拟结果
• 3.3.2 涡旋光束嵌套高斯光束实验检测结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 大气湍流概述
• 4.1 湍流介质简介
• 4.2 大气湍流折射率功率谱模型
• 4.3 大气对湍流效应对光束传输的影响
• 4.3.1 大气湍流闪烁效应
• 4.3.2 大气湍流光束漂移效应
• 4.4 本章小结
• 第5章 湍流大气对激光束传输的影响
• 5.1 大气湍流对高斯光束传输的影响[109-120]
• 5.1.1 湍流散焦对高斯光束传输的影响
• 5.1.2 湍流像散对高斯光束传输的影响
• 5.1.3 大气湍流对高斯光束传输的数值模拟和讨论
• 5.2 大气湍流对涡旋光束嵌套高斯光束传输的影响
• 5.2.1 湍流散焦对涡旋光束嵌套高斯光束光强分布的影响
• 5.2.2 湍流像散对涡旋光束嵌套高斯光束光强分布的影响
• 5.2.3 大气湍流对涡旋光束嵌套高斯光束传输的数值模拟和讨论
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果