基于光纤耦合接收的OAM通信系统性能研究.pdf

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1、硕士学位论文基于光纤耦合接收的OAM通信系统性能研究RESEARCHONPERFORMANCEOFOAMCOMMUNICATIONSYSTEMBASEDONFIBERCOUPLINGRECEIVER李晓茜哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN929.13学校代码：10213国际图书分类号：621.391.6密级：公开工程硕士学位论文基于光纤耦合接收的OAM通信系统性能研究硕士研究生:李晓茜导师：杨清波副教授申请学位：工程硕士学科：光学工程所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN

2、929.13U.D.C:621.391.6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPERFORMANCEOFOAMCOMMUNICATIONSYSTEMBASEDONFIBERCOUPLINGRECEIVERCandidate:LiXiaoxiSupervisor:AssociateProf.YangQingboAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:OpticalEngineeringDept.ofOptoelectronicIn

3、formationAffiliation:Science&TechnologyDateofDefence:2018.06Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，人们越来越需要高速率的通信，但是目前的通信系统的通信容量快要达到极限，因此需要发展新的技术来提高通信容量。光束的轨道角动量为提高光通信的通信容量提供了一个值得去研究的新方法。具有不同l值的OAM光束具有正交性，将其用在通信系统中可以提高通信速率。因此，在OAM光束被证明可以调制并能够传递信息后，

4、科研工作者们掀起了一阵OAM光束应用到光通信系统的研究热潮。OAM光通信系统分为自由空间光通信和光纤通信，在自由空间光通信中，OAM光在传输过程中会受到通信系统接收端偏移的影响，产生模式串扰，影响通信的质量。因此，本文针对通信系统接收端的偏移情况，研究了OAM光束的模式串扰和光纤耦合效率，进而对系统的误码率进行了分析。本文的主要内容：(1)论述了目前研究人员将OAM光束用于光通信的研究现状，介绍了轨道角动量的基础知识，并利用MATLAB工具仿真了LG光束的强度分布和相位分布；(2)描述了通信系统的接收端存在偏移(横向偏移和角度偏移)的情况，并推导了接收机出现偏移时光

5、束的表达式，分析了模式串扰的原理，介绍了螺旋谱的定义，对接收端存在不同横向偏移量和不同角度偏移量时，不同拓扑荷的OAM光束串扰的情况进行仿真并画出OAM光束的相对功率图，最后对仿真结果进行分析；(3)介绍了空间光耦合到光纤的基本模型和OAM光在光纤中的存在形式，推导了OAM光耦合到环形光纤的模型，并计算了不同偏移量下的光纤耦合效率，画出光纤耦合效率随不同偏移量的变化曲线图并进行分析；(4)研究了不同偏移量对系统误码率的影响，画出误码率与偏移量的变化曲线图并进行分析。本文从OAM通信系统出现偏移的角度，分析研究了通信的系统光纤耦合效率和误码率，所得结果为以后研究OAM

6、光通信系统提供参考。关键词：轨道角动量；横向偏移；角度倾斜；光纤耦合效率；误码率I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,peoplehaveincreasinglydemandedhigh-speedcommunications.However,thecommunicationcapacityofcurrentcommunicationsystemshasreachedthelimit,anditisnecessarytodevelopnewtechnologiestoincreasethecommunicationcapacit

7、y.Theorbitalangularmomentumofthebeamprovidesaworthwhilenewmethodforimprovingthecommunicationcapacityoffreespaceopticalcommunication.TheOAMbeamswithdifferentlhaveorthogonality,whichcanbeusedinamultiplexedcommunicationsystemtoincreasethecommunicationrate.Therefore,aftertheOAM-carryingb