發(fā)布時間：2020-05-15 11:55

【摘要】：激光通信技術(shù)具有通信容量大、保密安全性佳、設(shè)備經(jīng)濟(jì)便攜等優(yōu)勢,在海洋通信領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價值。由于水下存在溫度、鹽度分層以及受到海洋表面風(fēng)力等因素影響形成的流速場,使得實際海洋湍流場情況復(fù)雜且強(qiáng)度各向異性。激光通信會受到水下湍流的影響產(chǎn)生光束擴(kuò)展、光束漂移和光強(qiáng)閃爍等阻礙光傳輸?shù)倪^程。Airy光束作為一種近似無衍射的特殊光束,具有傳統(tǒng)Gaussian光束不具備的自愈合、自彎曲等優(yōu)良特性,使其在對抗湍流效應(yīng)中的運用受到學(xué)者的關(guān)注。論文在采用更貼合海洋湍流真實情況且便于計算的海洋湍流折射率功率譜的基礎(chǔ)上,研究Airy光束在弱湍流條件下中長距離傳輸?shù)臄U(kuò)展、漂移和光強(qiáng)閃爍特性,并與Gaussian光束在相同湍流場的傳輸特性比較。論文利用交叉譜密度的方法得到Airy光束擴(kuò)展特性的物理表達(dá)式,數(shù)值模擬獲得光束擴(kuò)展特性在不同光束參量及湍流場強(qiáng)度參量下隨傳輸距離的變化。仿真和實驗基于功率譜反演生成湍流相位屏,并使用相位屏光傳輸法進(jìn)行驗證光束擴(kuò)展特性與湍流強(qiáng)度和光束參量的關(guān)系。比較相同傳輸條件下Airy光束和Gaussian光束的光束擴(kuò)展特性,進(jìn)而驗證光束擴(kuò)展理論和數(shù)值模擬的可靠性。從光束漂移的瞬時質(zhì)心的位移均方定義式出發(fā),經(jīng)過幾何光學(xué)近似代入新的湍流折射率功率譜模型,獲得通過海洋湍流的擾動后Airy光束漂移的物理表達(dá)式,數(shù)值計算不同截斷因子、主瓣尺寸以及湍流強(qiáng)度參量下光束漂移隨傳輸距離的變化。仿真和實驗討論不同光束參量和湍流強(qiáng)度參量分別對Airy光束和Gaussian光束的光束漂移特性的影響,驗證光束漂移理論和數(shù)值模擬的可靠性。根據(jù)弱湍流條件下一階Rytov近似,得到表征光強(qiáng)閃爍強(qiáng)度的系數(shù)表達(dá)式,進(jìn)行了不同截斷因子、主瓣尺寸以及湍流強(qiáng)度參量下光強(qiáng)閃爍系數(shù)數(shù)值模擬。在不同物理條件下從仿真和實驗得到的經(jīng)過隨機(jī)相位屏擾動后接收平面光強(qiáng)分布中,使用自編程序處理并提取出不同物理參量下的光強(qiáng)閃爍系數(shù)驗證理論和數(shù)值模擬的結(jié)果,并比較Airy光束與Gaussian光束在相同條件下的光強(qiáng)閃爍。論文比較了傳輸仿真和實驗所得Airy光束和Gaussian光束的擴(kuò)展、漂移和光強(qiáng)閃爍,發(fā)現(xiàn)Airy光束比Gaussian光束在抵抗湍流效應(yīng)方面具有優(yōu)勢,這為Airy光束替代傳統(tǒng)光束應(yīng)用于海洋光通信領(lǐng)域提供了理論支撐。
【圖文】：

iry 光束從無限振蕩的能量化為有限能量，在實驗中產(chǎn)生iviloglouGA 等人在進(jìn)行理論推導(dǎo)研究時發(fā)現(xiàn)對包含 A傅里葉變換，得到包含三次立方相位因子的 Gaussian 分驗，利用空間光調(diào)制器對 Gaussian 光束加載立方相位傅里葉變換便可生成 Airy 光束，完成了實驗上 Airy 光圖 1-1 所示。實驗通過對 Ar 離子激光器出射光進(jìn)行擴(kuò)n 光。經(jīng)過反射鏡和分束鏡直入射至 SLM，實現(xiàn)了光束直反射出分束鏡后，用透鏡做 Fourier 變換。最后在光攝獲得其接收面的光場分布。他們還發(fā)現(xiàn)并驗證了 Air的彎曲傳播軌跡如圖 1-2 所示，可以發(fā)現(xiàn)光束沿著曲線無限能量 Airy 光束傳播的軌跡示意圖。圖 1-2(b)為已 Airy 光束傳輸情況。圖內(nèi)參量s x 為歸一化的橫向傳輸距離。該實驗產(chǎn)生 Airy 光束過程中 SLM 加載的一3(a)及圖 1-3(b)所示。

圖 1-2 Airy 光束在自由空間中傳播圖[17]圖 1-3 首次觀測 Airy 光束的相位模板[17](a)一維相位模板 (b) 二維相位模板08 年，Broky J 等人通過光束內(nèi)部橫向功率流理論解釋了 Airy 光束]。實驗研究了光束在非均勻散射及湍流介質(zhì)中的自重塑能力，其觀擬合非常吻合。從而得到 Airy 光束截面在傳輸中因被遮擋或者受到過光束自身修復(fù)，使能量從旁瓣自動流動到主瓣使光截面恢復(fù)到原
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5;TN929.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李安英,楊亞培;光波導(dǎo)光束傳輸法數(shù)值分析新進(jìn)展[J];激光技術(shù);2000年04期

2 張逸新;光束大氣傳輸源象抖動雙頻相關(guān)函數(shù)的研究[J];紅外研究(A輯);1988年02期

3 曉晨;;采用導(dǎo)光裝置的YAG激光焊接[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;1989年09期

4 鄧錫銘，，郭弘，曹清;傍軸黎曼幾何光學(xué)Ⅲ．光束傳輸?shù)慕y(tǒng)計行為[J];中國激光;1996年04期

5 雷大軍;董輝;;一種新的三維有限差分光束傳輸法[J];半導(dǎo)體光電;2012年04期

6 薛竣文;蘇秉華;裴雪丹;趙慧元;孫魯;;激光諧振腔和光束傳輸?shù)姆治雠c設(shè)計[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2011年08期

7 ;光纖光束傳輸系統(tǒng)[J];應(yīng)用光學(xué);1994年05期

8 楊建義;馮浩;王明華;;有限差分光束傳輸法的分析[J];計算物理;1996年01期

9 陳惠龍,曹清,范滇元;傍軸光束傳輸?shù)慕y(tǒng)計行為[J];中國激光;1998年12期

10 郭弘,劉承宜,胡巍,張樹葵,G.Fibich,鄧錫銘;多階強(qiáng)度非線性條件下的光束傳輸研究[J];中國科學(xué)(A輯);1999年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 周田華;朱小磊;陳衛(wèi)標(biāo);;基于CCD的水下激光光束傳輸特性測量[A];2017年光學(xué)技術(shù)研討會暨交叉學(xué)科論壇論文集[C];2017年

2 廖天河;劉偉;高穹;;多光束傳輸對大氣湍流與熱暈綜合效應(yīng)的改善[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2012年

3 馮博;甘雪濤;趙建林;;階梯相位型渦旋光束傳輸特性研究[A];2010年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2010年

4 趙昕;;強(qiáng)非局域非線性介質(zhì)中光束傳輸?shù)母唠A模呼吸子解[A];2007年中國青年光學(xué)學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2007年

5 余紹蓉;王軍;陳學(xué)前;徐兵;;有限元數(shù)值模擬技術(shù)在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)-神光Ⅲ裝置靶場光束傳輸系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用[A];第六屆中國CAE工程分析技術(shù)年會論文集[C];2010年

6 趙昕;郭旗;;強(qiáng)非局域非線性介質(zhì)中光束傳輸?shù)亩蛎赘咚购粑咏鈁A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

7 趙丹;盧芳;韓香娥;;數(shù)值模擬陣列光束在湍流大氣中的漂移和閃爍特性[A];國防光電子論壇空間光信息與組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用研討會論文集[C];2015年

8 李樹民;柳建;金鋼;朱國林;;激光傳輸通道氣體壓縮效應(yīng)對光傳輸影響的數(shù)值模擬研究[A];計算流體力學(xué)研究進(jìn)展——第十二屆全國計算流體力學(xué)會議論文集[C];2004年

9 趙昕;李秀珍;王曉艷;薛美;;強(qiáng)非局域非線性介質(zhì)中光束傳輸?shù)母唠A模呼吸子解[A];2010中華醫(yī)學(xué)會影像技術(shù)分會第十八次全國學(xué)術(shù)大會論文集[C];2010年

10 周國泉;;高階洛倫茲-高斯光束的構(gòu)建及其傳輸特性研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 曲雙平;神奇的光束傳輸技術(shù)[N];電腦報;2003年

2 記者 陳頤;英特爾推出可實現(xiàn)光束傳輸?shù)男酒琜N];經(jīng)濟(jì)日報;2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王子瀟;矢量渦旋光束表面等離激元器件的研究[D];北京交通大學(xué);2019年

2 譚欣然;基于光束偏轉(zhuǎn)跟蹤的長工作距大量程自準(zhǔn)直微角測量方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

3 張亞琳;新型光束在湍流大氣中的傳輸特性研究[D];華中科技大學(xué);2017年

4 張進(jìn);渦旋光束的光子軌道霍爾效應(yīng)研究[D];湖南大學(xué);2014年

5 朱龍;特種光束的產(chǎn)生及其在光通信中的應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2018年

6 王銘m

本文編號：2664986