渦旋光束的產生、傳輸、檢測及套用（第二版）

《渦旋光束的產生、傳輸、檢測及套用(第二版)》是2023年科學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：渦旋光束的產生、傳輸、檢測及套用(第二版)
• 作者：柯熙政 、丁德強  
• 出版時間：2023年9月1日
• 出版社：科學出版社
• 頁數：334 頁 
• ISBN：9787030745217
• 開本：16 開 
• 裝幀：平裝 

內容簡介

《渦旋光束的產生、傳輸、檢測及套用》主要圍繞軌道角動量復用通信的關鍵技術，對渦旋光束的產生、傳輸、檢測及套用進行介紹，對一系列產生渦旋光束的方法進行詳細的描述和對比；以拉蓋爾-高斯光束和貝塞爾-高斯光束為主，介紹渦旋光束在大氣湍流中的傳輸特性；利用渦旋光束的疊加態、干涉、衍射及光柵，實現渦旋光束拓撲荷數的檢測；介紹渦旋光束在光通信中的套用及部分相干渦旋光束在大氣湍流中的傳輸特性；介紹渦旋光束信息交換及信道重構。

目錄

目錄

前言

第1章緒論1

1.1光學渦旋1

1.2軌道角動量復用通信系統2

1.2.1背景與意義2

1.2.2軌道角動量復用技術原理6

1.2.3軌道角動量復用通信系統模型7

1.3渦旋光束的產生7

1.3.1空間產生法7

1.3.2光纖產生法12

1.3.3渦旋光束產生方法的對比15

1.4渦旋光束的影響因素15

1.4.1大氣湍流效應15

1.4.2光束傳輸特性研究方法16

1.4.3渦旋光束的傳輸特性研究進展17

1.5相位恢復19

1.5.1傳統自適應光學校正技術19

1.5.2無波前感測器的AO校正20

1.5.3渦旋光束相位畸變校正21

1.6渦旋光束的分離與檢測22

1.6.1叉形光柵23

1.6.2干涉特性23

1.6.3衍射特性25

1.6.4重構波前27

參考文獻29

第2章渦旋光束的空間產生法36

2.1渦旋光束的基本原理36

2.2幾種典型的渦旋光束37

2.2.1拉蓋爾-高斯光束37

2.2.2貝塞爾光束39

2.2.3厄米-高斯光束39

2.3渦旋光束的產生方法40

2.3.1計算全息法40

2.3.2幾何模式轉換法42

2.3.3螺旋相位板法43

2.3.4空間光調製器法45

2.3.5光波導器件轉化法45

2.4高階徑向LG光束46

2.5分數階渦旋光束的產生48

2.5.1計算全息法製備LG光束的原理48

2.5.2分數階拉蓋爾-高斯光束軌道角動量的實驗研究50

參考文獻53

第3章渦旋光束的光纖產生法55

3.1引言55

3.2光纖模式理論55

3.2.1波動方程55

3.2.2光纖中的矢量模式56

3.2.3導模截止與遠離截止60

3.2.4弱導近似下的標量模63

3.2.5光纖產生渦旋光原理分析65

3.3光纖產生渦旋光的影響因素分析67

3.3.1入射波長對渦旋光產生的影響67

3.3.2光纖內外折射率差對渦旋光產生的影響68

3.3.3光纖纖芯半徑對渦旋光產生的影響69

3.3.4入射角度對渦旋光激發效率的影響70

3.3.5離軸入射光纖對渦旋光產生的影響71

3.4利用少模光纖產生渦旋光的實驗72

3.4.1利用少模光纖產生渦旋光的原理72

3.4.2渦旋光的激發效率分析73

3.4.3實驗研究74

3.4.4相位驗證78

3.5改變光纖結構產生渦旋光78

3.5.1結構設計78

3.5.2低折射率層對OAM模式的影響80

參考文獻82

第4章高階徑向拉蓋爾-高斯光束的疊加特性84

4.1引言84

4.2徑向指數對高階徑向LG光束疊加態的影響84

4.2.1拓撲荷數相同的LG光束干涉疊加85

4.2.2徑向指數相同的LG光束干涉疊加86

4.2.3任意徑向指數、拓撲荷數的LG光束干涉疊加90

4.3傳輸距離對高階徑向LG光束疊加態的影響91

4.4束腰半徑對高階徑向LG光束疊加態的影響93

4.5離軸參數對高階徑向LG光束疊加態的影響94

4.6高階徑向LG光束疊加態的實驗96

4.6.1實驗裝置96

4.6.2全息圖的產生96

4.6.3實驗結果分析98

參考文獻102

第5章渦旋光束的傳輸特性104

5.1引言104

5.2LG光束在大氣湍流中的傳輸104

5.2.1理論分析104

5.2.2LG光束經大氣湍流斜程信道時的傳輸特性108

5.3BG光束在大氣湍流中的傳輸114

5.3.1BG光束在湍流中的傳輸理論.114

5.3.2BG光束經大氣湍流信道時的特性116

5.4渦旋光束斜程傳輸時軌道角動量的穩定性研究119

5.4.1渦旋光束的光強分布對比119

5.4.2渦旋光束的各諧波分量對比121

參考文獻126

第6章自適應光學校正技術127

6.1引言127

6.2自適應光學基本原理127

6.2.1自適應光學校正系統127

6.2.2夏克-哈特曼算法129

6.2.3相位恢復算法130

6.2.4隨機並行梯度下降算法132

6.2.5相位差算法134

6.3OAM光束通過大氣湍流後的波前校正137

6.3.1相位恢復算法137

6.3.2隨機並行梯度下降算法140

6.3.3相位差算法143

6.4實驗研究147

6.4.1相位恢復算法147

6.4.2隨機並行梯度下降算法149

6.4.3相位差算法153

參考文獻158

第7章大氣湍流下軌道角動量復用系統串擾分析159

7.1引言159

7.2軌道角動量光束在大氣湍流中的傳輸理論161

7.2.1多相位屏傳輸法161

7.2.2隨機相位屏的產生161

7.2.3大氣湍流下軌道角動量復用光束串擾的產生162

7.3大氣湍流中軌道角動量復用光束光強相位分析163

7.3.1軌道角動量復用光束的形成163

7.3.2不同傳輸條件下的光強和相位影響165

7.4大氣湍流下軌道角動量復用光束螺旋譜特性167

7.4.1軌道角動量復用光束螺旋譜理論167

7.4.2不同傳輸條件下的螺旋譜分析168

7.5大氣湍流下軌道角動量復用光束誤碼率分析170

7.5.1軌道角動量復用光束誤碼率理論171

7.5.2不同傳輸條件下的誤碼率分析172

7.6大氣湍流對軌道角動量復用光束影響的實驗173

7.6.1實驗原理173

7.6.2實驗結果分析174

參考文獻176

第8章渦旋光束疊加態的特性178

8.1引言178

8.2光柵法製備渦旋光束疊加態179

8.2.1理論分析179

8.2.2光柵疊加179

8.3相位法疊加製備雙OAM光181

8.3.1理論分析181

8.3.2不同拓撲荷數的疊加渦旋光束特性分析183

8.4渦旋光束疊加干涉實驗185

8.4.1實驗設計185

8.4.2光柵法疊加的實驗186

8.4.3光柵法疊加的結果與分析189

8.4.4相位法疊加的實驗189

8.4.5相位法疊加的結果與分析191

參考文獻193

第9章渦旋光束的檢測194

9.1引言194

9.2利用坐標轉換法分離檢測OAM態195

9.2.1理論基礎195

9.2.2不同拓撲荷數的疊加光場分布196

9.2.3基於坐標轉換法的OAM態復用系統198

9.3利用光柵檢測渦旋光軌道角動量199

9.3.1光柵的傳輸函式及其表示199

9.3.2渦旋光光場及其衍射200

9.3.3相位校正與fan-out技術201

9.3.4周期漸變光柵202

9.4干涉法檢測渦旋光相位205

9.4.1渦旋光自身干涉檢測法205

9.4.2雙縫干涉檢測法207

9.5衍射法檢測渦旋光相位208

9.5.1三角形衍射檢測法208

9.5.2方孔衍射檢測法209

9.5.3單縫衍射檢測法211

9.5.4圓孔衍射檢測法212

參考文獻214

第10章渦旋光束經光學系統的衍射特性216

10.1渦旋光束經馬卡天線的衍射模型216

10.1.1馬卡天線結構216

10.1.2馬卡天線衍射模型217

10.2渦旋光束經馬卡天線光學系統的衍射特性分析219

10.2.1衍射光場模型219

10.2.2衍射光斑和相位分布220

10.2.3螺旋譜分布224

10.2.4馬卡天線的發射效率226

10.3渦旋光束經孔徑光闌的衍射特性分析227

10.3.1孔徑光闌衍射理論模型227

10.3.2渦旋光束經孔徑光闌的理論衍射分析229

10.3.3渦旋光束經孔徑光闌的實驗衍射圖樣分析232

10.3.4孔徑光闌檢測效果對比234

參考文獻235

第11章大氣湍流中部分相干渦旋光束陣列的傳輸特性236

11.1光束陣列的概述236

11.2大氣湍流中徑向部分相干渦旋光束陣列的光強分布238

11.2.1徑向部分相干渦旋光束陣列的數學模型238

11.2.2觀測平面上的交叉譜密度函式239

11.2.3觀測平面上的光強表達式246

11.3Non-Kolmogorov湍流中光源參數對光強特性的影響248

11.3.1徑向陣列參數影響分析248

11.3.2單個部分相干渦旋光束參數影響分析252

11.4Non-Kolmogorov湍流參數對光強特性的影響257

11.4.1Non-Kolmogorov湍流強度影響分析257

11.4.2Non-Kolmogorov湍流內外尺度影響分析260

參考文獻263

第12章大氣湍流中標量部分相干渦旋光束的傳輸特性264

12.1拉蓋爾-高斯-謝爾渦旋光束基本理論264

12.1.1拉蓋爾-高斯-謝爾光束265

12.1.2拉蓋爾-高斯-謝爾渦旋光束模型267

12.1.3大氣湍流中拉蓋爾-高斯-謝爾渦旋光束傳輸理論267

12.2遠場拉蓋爾-高斯-謝爾渦旋光束相位奇點演化271

12.2.1相位奇點與拓撲荷數的關係271

12.2.2傳輸距離對相位奇點演化的影響273

12.2.3相關長度對相位奇點演化的影響274

12.3大氣湍流中拉蓋爾-高斯-謝爾渦旋光束的光強分布276

12.3.1大氣湍流強度對光強分布的影響276

12.3.2大氣湍流內外尺度對光強分布的影響278

12.4大氣湍流中拉蓋爾-高斯-謝爾渦旋光束的光束擴展279

12.4.1光束擴展隨光源參數變化分析279

12.4.2光束擴展隨大氣湍流強度變化分析283

參考文獻284

第13章大氣湍流中矢量部分相干渦旋光束的傳輸特性285

13.1矢量部分相干渦旋光束的偏振理論285

13.2大氣湍流中矢量部分相干渦旋光束的交叉譜密度矩陣286

13.2.1強度和偏振度288

13.2.2偏振方向角289

13.3大氣湍流中矢量部分相干渦旋光束的偏振度分布290

13.3.1光源參數對偏振度的影響290

13.3.2大氣湍流對偏振度的影響294

13.3.3偏振度隨傳輸距離的變化295

13.4大氣湍流中矢量部分相干渦旋光束的偏振方向角分布297

13.4.1大氣湍流對偏振方向角的影響297

13.4.2傳輸距離對偏振方向角的影響298

13.5偏振方向角檢測拓撲荷數299

13.5.1遠場衍射光場的偏振方向角模型299

13.5.2偏振方向角檢測拓撲荷數的結果300

13.5.3光源參數對檢測效果影響分析301

參考文獻305

第14章渦旋光束信息交換306

14.1OAM渦旋光束拓撲荷數的靈活性306

14.1.1單束OAM光束的轉換306

14.1.2OAM復用光束的轉換307

14.2OAM渦旋光束信道重構原理308

14.2.1OAM光束信息交換308

14.2.2OAM光束模式切換310