光子偏振qubits和OAM的自由空间传输特性研究.pdf

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1、ｍ：ｍｍｍ：题目：光子偏振ｇｕｂ＂ｓ和ＧＡＭ的自由空间传输特性研究、＇＇ｆ＇ｆｆ＇ＴＴＩ【—ｉｒｆ—ｉ—ｉ＂■■■＂ｌ＇＇．＇？■－－－．：＇学号：２０１１０１０３１６‘，一■‘：，ｓ‘‘＊？－＇ｉｒ＇，，，‘■：—李呪猎．；：名＇＇专业；电子科学与技术导师，：俞重远教授＇＇＾＾．学院；信息光．．．子学与光通信研究院．＾？＇，—－；ｊ－＇，？＇＿，？；－？１

2、’、＾２０１５年４月２７日／诚－■■■■＾■＾鑛難密级：保密期限：扯《卸《人？隻博±学位论文题目：光子偏振ａｕｂｉｔｓ和ＯＡＭ的自由空间传输特性研究学号：２０１１０１０３１６姓名：奎＇专业：由子科学与巧术导赋命韋远教授学院：信息光子学与光通信研究院２０１５年４月２７日声明独创性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究＾＾１成果。尽我所知，除了文中特别加？标注和致谢中所罗列的内容＾外，论文中不１＾包含

3、其他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他一教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一切相关责任申请学位论文料若有不实之处，本人承担。：＾ｏｒ／本人签名：传日期／．Ｌ专Ｊ关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定：，即研巧生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校

4、可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容，可允许采用影印、缩印或其它复制手段保存。（）、汇编学位论文保密的学位论文在解密后遵守此规定保密论文注释；本学位论文属于保密在＿＿年解密后适用本授权书。。非保密论文注本学位论文不属于保密范围，适用本授权书＾您’本人签名：日期：）山ｒ、专，导师签名：為ｔ技日期：Ｗ王、６、作＾光子偏振ｑｕｂｉｔｓ和０ＡＭ的自由空间传输特性硏究摘要光子可Ｗ携带两种角动量：自旋角动量ｓｉｎａｎｇｕｌａｒｍｏｍｅｎｔｕｍ（ｐ．，ＳＡＭ）和轨道角动量（ｏ比ｉｔａｌａｎｇｕｌａｒｍｏｍ

5、ｅｎｔｕｍ，０ＡＭ）。光子的两个ＳＡＭ分别对应光的左旋圆偏振和右旋圆偏振一，描绘了个二维＇ＨｉｌｂｅｒｔＳｉｓ］，ｕｂｉｔｓｑ的自由空间量子光通信理论上能够提供绝对的安全性一，进步通过卫星可Ｗ构建全球量子光通信网络，因而具有重要的现实意义。而ＯＡＭ与光场的方位角相位相关联一，它的本征模式含有个螺旋的相位因子ｅｘｐ轉巧。由于＜可１＾取任意的整数，因此存在无穷多个ＯＡＭ的本征一模式。这些模式形成了个无穷维的Ｈｉ化ｅｒｔ空间，从而能够用于编码更多的信息一，显著的增加通信系统的信息容量。另方面，相对于传统

6、的光纤信道，ＯＡＭ模式能够在自由空间信道更好的传输，因此基于ＯＡＭ的自由空间光通信已经吸引了大量的关注一，是目前的个研究热点。自由空间量子光通信采用偏振编码方案，也就是利用光子的正交偏振态实现ｑｕｂｉｔｓ。因此单光子在自由空间传输过程中的偏振保持是一个至关重要的问题。ＯＡＭ模式在自由空间传输的过程中，大气縮流效应引起模式的波前相位崎变，导致ＯＡＭ模式信道间的串话，降低了基于ＯＡＭ的宜由空间光通信系统性能。本论文围绕光子偏振ｑｕｂｉｔｓ和ＯＡＭ模式在自由空间中的传输特性开展了系统的研巧，主要的创新性成果如下

7、；一１．我们提出了个广义的星地量子光通信系统模型。该模型中卫星（）０一轨道的离也率可Ｗ取区间，１内的任何个值。此外，模型采［）１ｍ、坐标系作为参考系用地屯，能够直接应用美国宇航局两行式卫星参数。因而我们的模型非常适合于计算现有的或将来发射的任何一颗卫星与地面接收站之间的相对运动所导致的光子ｕｂｉｔｓ的ｑ一偏振基旋转。，能够为不远将来的工程实践提供定的指导０）．我们首次理论上研究了大气粒子的散射效应对光子ｑｕｂｉｔｓ的影一－Ｃａｒ响。我们提出了种新的矢量Ｍｏｎｔｅｌｏ方法，该方法利用透过率成功

8、的解决了在非均匀的大气介质中连续的两次散射事件么间的光子自由程计算。湿示了在上链路和下链路中，偏振ｑｕＷｔｓ一。都保持的很好，这与前的实验结果致然而，接收到的单光一子