OAM光束在斜程大气中的传输特性以及模式识别.pdf

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1、硕士学位论文OAM光束在斜程大气中的传输特性以及模式识别TRANSMISSIONCHARACTERISTICSANDPATTERNRECOGNITIONOFOAMBEAMSFORSLANTPROPAGATIONTHROUGHATMOSPHERE高晗哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN929.12学校代码：10213国际图书分类号：621.391.6密级：公开工学硕士学位论文OAM光束在斜程大气中的传输特性以及模式识别硕士研究生：高晗导师：于思源教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日

2、期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN929.12U.D.C.:621.391.6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTRANSMISSIONCHARACTERISTICSANDPATTERNRECOGNITIONOFOAMBEAMSFORSLANTPROPAGATIONTHROUGHATMOSPHERECandidate：HanGaoSupervisor：Prof.SiyuanYuAcademicDegreeAppliedfor：Mas

3、terofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：Dept.ofOptoelectronicInformationScience&TechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着近年来国防需求的不断增加，无人机与地面站之间光通信容量的增加变得越来越紧迫。含有OAM(OrbitalAngularMom

4、entum)的OAM光束，其在同轴传播时的正交性使得在原有大气窗口的基础上提供了新的复用维度以及编码方式，可以倍级提升空地短距离空间激光通信速率。基于此背景，本文对OAM光束在自由空间以及大气中的传输特性进行了研究，并利用GoogLeNet算法对经过湍流链路后的含有混合OAM态的光束进行了模式识别，具体研究内容如下：提出将标量衍射理论和离散傅里叶变换理论用于模拟含有单一OAM态和混合OAM态的光束在自由空间以及大气湍流中的传输，为分析不同大气湍流强度以及不同天顶角大小条件下OAM光束的传输奠定了仿真基础。提出了利用Zernike多

5、项式模拟大气湍流相位屏，研究了不同强度大气湍流以及不同天顶角大小对含有单一OAM态的和混合OAM态的光束在大气湍流中传输的影响。并对不同大气湍流以及天顶角条件下传输的光束进行了定量的OAM谱分析。进一步完善了OAM光束在大气中的传输特性。提出了基于GoogLeNet的OAM光束模式识别，利用GoogLeNet对经湍流后的含有混合OAM态光束的光强图样进行了模式识别。该方法基于非相干探测，避免了相干探测时湍流对于光束的不利影响，可用于对含有混合OAM模式的光束进行解复用。关键词：OAM光束；kolmogorov大气湍流理论；斜程链路

6、；OAM谱；GoogLeNet-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeincreasingdemandfordefenseinrecentyears,theincreaseofopticalcommunicationcapacitybetweenUAVandgroundstationsisbecomingmoreandmoreurgent.TheOAMbeamcontainingOAM(OrbitalAngularMomentum)isorthogonalitywhenitispropagatedcoax

7、ially.Itprovidesanewmultiplexingdimensionandencodingmodeonthebasisoftheoriginalatmospherewindow,whichcanimprovethespeedofthelasercommunicationintheshortdistancespaceoftheair.Basedonthisbackground,thepropagationcharacteristicsofOAMbeaminfreespaceandatmospherearestudied

8、,andtheGoogLeNetalgorithmisusedtoidentifythemodeofthebeamwithmixedOAMstateafteritpropogatesthroughturbulentlink.Thespecificr