OAM光束传输特性及自适应光学波前畸变校正技术研究.pdf

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1、OAM光束传输特性及自适应光学波前畸变校正技术研究戴坤健2015年1月中图分类号：O436UDC分类号：535OAM光束传输特性及自适应光学波前畸变校正技术研究作者姓名戴坤健学院名称光电学院指导教师高春清教授答辩委员会主席赵长明教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonpropagationthroughatmosphericturbulenceandadaptiveopticsofOAMbeamsCandidateName：DaiKunjianSch

2、oolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.GaoChunqingChair,ThesisCommittee：Prof.ZhaoChangmingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ElectronicScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交

3、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：北京理工大学硕士学位论文摘要OAM(OrbitalAngularMomentum)光束，也称为涡旋光束，具有独特的螺旋型相位分布和中空环状强度分布，其携带轨道角动量的特性引起了国内外研

4、究人员的广泛关注，目前已应用于粒子操控、量子信息、遥感探测、光通信等领域。本文以此为背景，研究OAM光束的大气湍流传输特性并研究自适应光学系统校正OAM光束畸变波前的技术。论文的主要研究内容如下：1.研究了标量衍射理论，为了进行OAM光束的传输特性研究，研究了衍射理论的离散傅里叶形式，并利用Matlab软件对OAM光束的衍射传输特性作了仿真研究，确保了衍射传输计算的正确性。2.对Kolmogorov大气湍流理论和大气湍流相位屏理论进行了研究，基于功率谱反演法得到了大气湍流相位屏，并将之用于OAM光束的衍射传输，从仿

5、真得到的光强、相位分布上得到OAM光束通过大气湍流传输后的畸变情况。另外，本论文研究了轨道角动量谱分解理论，并对仿真得到的畸变OAM光束进行了轨道角动量谱分析，定量地研究了OAM光束的畸变情况。论文发现在弱湍流和中等湍流下传输的OAM光束的轨道角动量谱仍能保持一定的纯度，而强湍流下传输的OAM光束轨道角动量谱的弥散情况很严重。3.论文对应用自适应光学技术校正OAM光束的波前畸变相位进行了研究，提出了以基模高斯光束作为“探针”的基于GS相位恢复算法的自适应光学校正方案，对经由大气湍流传输后的OAM光束的校正进行了仿真

6、研究，弱湍流和中等湍流下传输的OAM光束质量有了明显的改善，但强湍流条件下校正后的轨道角动量谱仍然弥散严重。另外，本论文提出了一种利用周期渐变光栅检测OAM态的方法，并通过Matlab仿真用于畸变OAM光束校正后的检测，检测发现弱湍流和中等湍流校正后能清楚的确定OAM光束的轨道角动量，而强湍流下校正OAM光束扔不能检测，与轨道角动量谱分解得到了一致的结论。关键词：OAM光束；Kolmogorov大气湍流理论；轨道角动量谱；自适应光学；GS算法I北京理工大学硕士学位论文AbstractOAM（Orbitalangul

7、armomentum）beams,knownasopticalvortices,areattractingmoreandmoreattentionsduetotheircharacteristicsofhelicalwavefrontanddoughnutintensitydistribution.OAMbeamshavebeenappliedinmanyfield,suchasopticalmanipulation,quantuminformationtechnology,remotesensing,andopt

8、icalcommunication.ThisthesisfocusesonthepropagationthroughatmosphericturbulenceandadaptiveopticsofOAMbeams.Themaincontentsofthisthesisareasfollows:1.Inordertostudythepropagationoft