基于全息光学元件的室内可见光通信光学接收天线研究.pdf

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1、基于全息光学元件的室内可见光通信光学接收天线研究王龙辉2015年1月中图分类号：O438UDC分类号：535基于全息光学元件的室内可见光通信光学接收天线研究作者姓名王龙辉学院名称光电学院指导教师蓝天教授答辩委员会主席倪国强教授申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyofOpticalReceivingAntennaofIndoorVisibleLightCommunicationBasedonHolographicOpticalElementCandidateName：LonghuiWangSch

2、oolorDepartment:DepartmentofOptoelectronicsFacultyMentor:ProfessorTianLanChair,ThesisCommittee：ProfessorGuoqiangNiDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作

3、获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要室内照明通信系统也称为室内可见光通信（VisibleLightCommunication，VLC）系统，是近年来发展起来的基于白光LED（LightEmittingDiode）的室内无线通信技术，该技术安全节能，无电磁干扰，不需要竞争电磁频谱，在一些特定的场合具有

4、很强的实用性。全息光学元件相较于普通光学元件而言，具有性能好、价格低、易制作、重量轻等诸多优点，并且可以集成多种光学功能，因此，本文提出了一种基于全息光学元件室内可见光通信光学接收天线的设计和制作方法。利用干涉和衍射原理在全息材料上制成具有聚集光束和滤除环境光双重功能的全息光学接收天线，通过耦合波理论与K矢量闭合法分析了这种新型光学接收天线的角度选择性、波长选择性以及任意点的衍射效率，最后对其进行了实验验证。本文的主要研究内容如下：1、分析了室内VLC的关键技术，介绍了目前室内VLC系统中光学接收天线种类以及存在的不足，说明本课题的研究意义所在。2

5、、根据全息光学成像的特点与原理提出了全息光学接收天线的设计思路，即采用离轴反射式系统，以平面参考光波与会聚球面信号光波在全息光致聚合物材料上发生干涉完成记录，形成的全息图称之为全息光学接收天线。3、一方面，由K矢量闭合法推导分析了全息光学接收天线内部条纹的整体分布情况以及任意点处条纹矢量的大小和方向；另一方面，由Kogelnik耦合波理论推导分析了全息光学接收天线的三个性能指标，即角度选择性、波长选择性和衍射效率，并且对其进行了模拟仿真分析。4、详细介绍了制作全息光学接收天线的具体记录实验过程，并且对其进行了白光LED光源再现验证，发现试验验证与理

6、论分析的结果相一致，即在记录时信号光的会聚点处形成一束单色会聚光斑。最后，对全息光学接收天线的性能进行了测试分析，结果表明，利用光致聚合物制成的全息光学接收天线可以用于室内可见光通信系统中。关键字：VLC；光学接收天线；全息光学元件；波长选择性；角度选择性；衍射效率ⅠAbstractIndoorlightingcommunicationsystemisanindoorwirelesscommunicationtechnologybasedonwhiteLED,itisdevelopedinrecentyearsandcouldalsobecalle

7、dindoorvisiblelightcommunication（VLC）system.Thistechnologyissafeandenergysaving.Moreover,ithasnoelectromagneticinterference,anddon’thavetoapplyforelectromagneticspectrum.So,itcouldbeagreatcandidateinsomespecialplaces.Comparedwithordinaryopticalelements,holographicopticalelemen

8、ts(HOE)havebetterperformance,lowerprice,easiertomanufacture,l