自由空间涡旋光通信检测技术研究

摘要 (i)

聚乙二醇2000Abstract ............................................................................................................... i ii 第一章绪论.. (1)

1.1 背景及意义 (1)

1.2国内外研究现状 (2)

1.2.1 涡旋光轨道角动量及其自由空间通信研究现状 (2)

1.2.2自由空间涡旋光轨道角动量传输特性研究现状 (6)

1.2.3涡旋光通信轨道角动量检测技术研究现状 (9)

1.2.4 研究中存在的主要问题 (14)

1.3 论文主要工作及结构安排 (15)

1.3.1 论文的主要工作 (15)

1.3.2 论文结构安排 (16)

第二章自由空间涡旋光通信传输影响因素分析 (19)

2.1 引言 (19)

2.2涡旋光轨道角动量通信编码系统性能影响因素分析 (19)

2.2.1 涡旋光轨道角动量态 (19)

2.2.2 涡旋光轨道角动量态编码通信系统 (21)

2.3 大气湍流对涡旋光轨道角动量传输的影响 (25)

2.3.1 大气湍流模型 (25)

2.3.2大气湍流影响下的涡旋光轨道角动量探测概率 (27)

2.3.3数值结果与分析 (28)

2.4对准误差对涡旋光轨道角动量传输的影响 (30)

2.4.1 横向偏移误差 (31)

2.4.2 角向倾斜误差 (32)

2.4.3 数值结果与分析 (33)

2.5 大气散射对涡旋光轨道角动量传输的影响 (35)

2.5.1粒子散射对涡旋光传输影响的分析方法 (35)

2.5.2 粒子散射影响下的涡旋光轨道角动量探测概率 (36)

2.5.3 数值结果与分析 (38)

2.6 本章小结 (44)造型艺术的特点

3.1引言 (47)

3.2 大气湍流影响下的涡旋光轨道角动量检测 (47)

3.2.1 湍流影响下的涡旋光束产生 (47)

3.2.2 基于卷积神经网络的涡旋光轨道角动量检测 (51)

3.2.3复杂度分析 (59)

3.3 角向倾斜影响下的涡旋光轨道角动量检测 (60)

3.3.1角向倾斜影响下的涡旋光束 (60)

3.3.2 基于角度池化的涡旋光轨道角动量检测 (62)

3.3.3复杂度分析 (66)

3.4偏移影响下的涡旋光轨道角动量检测 (66)

3.4.1偏移影响下的涡旋光束 (66)

3.4.2基于部分卷积的涡旋光轨道角动量检测 (67)

3.4.3结果分析 (71)

3.5 本章小结 (73)

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第四章基于复值卷积神经网络的涡旋光检测 (75)

4.1引言 (75)

4.2复值卷积神经网络涡旋光检测 (75)

4.2.1复值神经网络的数学框架 (76)

4.2.2 复值卷积神经网络模型 (79)

4.2.3复杂度分析 (81)

4.3全光神经网络涡旋光检测 (82)

4.3.1 全光神经网络模型 (82)

4.3.2传输过程的简化 (84)

4.3.3仿真结果 (85)

欧洲药典4.4 本章小结 (92)

第五章涡旋光湍流畸变波前校正技术研究 (93)

5.1 引言 (93)

5.2大气湍流畸变波前校正 (93)

5.2.1有波前传感器的波前校正 (94)

5.2.2无波前传感器的波前校正 (96)

5.2.3涡旋光束大气湍流畸变波前校正技术 (96)

5.3 基于生成对抗网络的波前重构 (97)

5.3.2 基于pix2pix网络的波前重构 (98)

5.3.3仿真分析 (101)

5.4 基于改进SPGD算法的无探针光束波前校正 (105)

5.4.1随机并行梯度下降算法 (105)

5.4.2 自适应增益因子随机并行梯度下降算法 (109)

5.4.3 仿真分析 (111)

5.5 本章小结 (112)

第六章结论与展望 (115)

6.1 论文主要研究成果及创新点 (115)

6.2 下一步工作展望 (118)

致谢 (119)

参考文献 (120)

作者在学期间取得的学术成果 (132)

表目录

表3. 1涡旋光束及大气湍流参数设置 (55)

表3. 2 CNN的空间复杂度 (59)

忆白石老人表3. 3 CNN的时间复杂度 (60)

表3. 4 涡旋光及湍流实验参数设置 (61)

表3. 5混合数据集的检测准确率 (63)

表3. 6 不同湍流条件网络混合数据集的检测准确率 (65)

表3. 7涡旋光束、相位屏及掩模参数设置 (68)

表3. 8 U-Net部分卷积网络参数 (70)

表4. 1 2000米传输距离涡旋光检测准确率 (80)

表4. 2 4000米传输距离涡旋光检测准确率 (80)

二乙二醇二丁醚表4. 3 复值卷积网络的空间复杂度 (81)

表4. 4 不同类型网络的参数数量 (81)

表4. 5 复值卷积神经网络的时间复杂度 (82)

表4. 6湍流和涡旋光参数设置 (85)

表4. 7全光神经网络参数设置 (86)

表4. 8训练超参数设置 (86)

表5. 1生成器中各层的参数 (100)

表5. 2 鉴别器中各层的参数 (100)

表5. 3高斯光束湍流传输仿真参数设置 (101)

表5. 4生成对抗神经网络超参数设置 (101)

表5. 5波前重构网络涡旋光束及大气湍流参数设置 (104)

表5. 6 不同算法的参数设置 (111)

图目录

图1. 1 光的两种不同角动量 (2)

图1. 2螺旋相位板产生涡旋光示意图 (3)

图1. 3HG模式光束转换为LG模式光束原理 (4)

图1. 4相位衍射光栅产生原理 (4)

图1. 5涡旋光通信扩容原理示意图 (5)

图1. 6 自由空间涡旋光通信研究现状 (5)

图1. 7 涡旋光束经过三角孔和方形孔的远场衍射图 (10)

图1. 8 光栅衍射实现涡旋光检测示意图 (10)

图1. 9 涡旋光经过周期渐变光栅的远场衍射图 (11)

图1. 10 利用环形衍射光栅检测涡旋光束实验设置及远场衍射图 (11)

图1. 11 柱状透镜检测涡旋光束实验设置及结果 (11)

图1. 12 倾斜透镜检测涡旋光束实验设置及结果 (12)

图1. 13 马赫泽德干涉检测涡旋光束装置 (12)

图1. 14 湍流引起的畸变波前及其校正示意图 (14)

图2. 1 OAM=5的涡旋光束光强和波前 (20)

图2. 2 叠加态涡旋光束光强和波前 (20)

图2. 3涡旋光OAM编码通信系统原理 (21)

图2. 4不同OAM态的涡旋光束螺旋谱 (22)

图2. 5涡旋光螺旋谱的变化情况示意图 (25)

图2. 6 Kolmogorov 湍流中不同传输距离和湍流强度条件下LG光束的螺旋谱 .. 29图2. 7 Kolmogorov 湍流中不同参数条件下LG光束的探测概率 (29)

图2. 8不同传输距离和湍流强度条件下LG光束通信的误符号率 (30)

图2. 9 发生横向偏移的LG光束示意图 (30)

图2. 10 同时发生横向偏移和角向倾斜的LG光束示意图 (32)

图2. 11 Kolmogorov 湍流中不同参数条件下LG光束的归一化螺旋谱 (33)

图2. 12不同对准误差条件下LG光束的探测概率 (34)

图2. 13不同对准误差条件下LG光束通信误符号率 (35)

图2. 14 FDTD仿真区域示意图 (37)

图2. 15 LG光束不同位置处的波前及螺旋谱 (37)

图2. 16 散射后的检测平面光束波前及螺旋谱 (38)

图2. 17 粒子处于不同位置处LG光束探测概率衰减随粒子半径变化曲线 (39)

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