光场非均匀调控在提高光纤耦合效率中的应用.pdfVIP

目录

摘要I

AbstractIII

1绪论1

1.1光场非均匀调控和光纤耦合的研究背景及意义1

1.2国内外研究现状3

1.2.1部分相干光束的国内外研究现状3

1.2.2单模光纤耦合效率的国内外研究现状5

1.3论文的主要内容5

1.4论文的章节安排6

2部分相干光及光纤耦合的基本理论8

2.1部分相干光基本理论8

2.1.1部分相干光束表征8

2.1.2伪模式叠加理论10

2.1.3傍轴传输理论11

2.2单模光纤耦合基本理论13

2.3本章小结14

3厄米非均匀相干结构光束的光纤耦合16

3.1光束模型构建16

3.2光束传输特性18

3.3光纤耦合效率21

3.4本章小结24

4拉盖尔非均匀相干结构光束的光纤耦合25

4.1光束模型构建25

4.2光束传输特性25

4.3光纤耦合效率27

4.4非均匀光更具抗湍流的分析29

4.5本章小结31

5非均匀相干结构调控在提高光纤耦合中的应用33

5.1非均匀相干结构类型选择33

5.2非均匀相干结构调控策略35

5.3本章小结38

6总结与展望39

6.1总结39

6.2展望40

参考文献41

致谢46

攻读硕士学位期间取得的研究成果47

摘要

随着时代的发展，科技的更新迭代，科学的新发现，光通信技术是目前人们接触到最

高效、最快速的通信手段，为了满足市场需求，一种速率高、低消耗、可靠性高的通信技

术：空间光通信技术(FSO)，逐渐进入人们的视野。自由空间激光通信是以激光作为信息

的载体，信息的传输在自由空间进行，自由空间激光通信有着容量大、速率高、必威体育官网网址性好、

低消耗等优点，完全符合上述所需的通信技术。自由空间激光通信需要运用到空间光—光

纤耦合技术，通过该技术进行信息的传递和交换。然而在光—光纤耦合之前，在通信的路

径中，由于大气湍流会影响空气的折射率，造成折射率的随机起伏，空间光在传输时会产

生波前相位畸变并且空间的相干性下降。因此，研究如何降低或者克服大气湍流对光纤耦

合效率的负面影响，提高光束质量和光纤耦合效率迫在眉睫。

在长期研究如何提高光纤耦合效率的过程中，人们发现部分相干光束相比于对应的其

他相干光束具有更强的对抗湍流的能力，对提高光纤耦合效率可能有效果。于是大量的有

关研究围绕其展开，部分相干光束的相干结构调控概念被提出。本论文从光在湍流中的传

输特性出发，通过对光场的非均匀调控，实现光纤耦合效率的提高。论文的主要工作如下：

(1)分析了部分相干光束在湍流环境中的传输特性，分析了光束质量、传输距离与环境

湍流强度之间的关系。研究结果表明，非均匀相干光束具有更强的对抗湍流的能力，主要

归功于其自聚焦光束特性。

(2)利用模拟仿真的方法，对不同非均匀光束(包括厄密非均匀光束和拉盖尔非均匀光

束)在光纤中的耦合效率的评估和对比。主导了数据的采集、处理和分析工作，通过对比分

析，揭示了不同非均匀光束在光纤耦合效率中的性能差异。研究结果表明，厄密非均匀

(HNUC)光束在短距离的传输中，光纤耦合效率比拉盖尔非均匀(LNUC)光束要高。

(3)为了进一步提高湍流中非均匀随机结构光束的光纤耦合效率，本文提出了一种选择

和控制非均匀相干结构的通用有效策略。研究结果表明，调整此类光束的权重分布是掌握

该策略的关键。选择权重分布集中在短/长焦距模式的光束，最大光纤耦合效率较高/较低，

适用于短/远距离传输情况。此外，调整所选光束的初始相干长度和光束顺序将有助于用户

进一步提高光纤耦合效率。

关键词：光纤耦合效率；非均匀相干结构；大气湍流