模式转换法提高单模光纤耦合效率的研究

发布时间：2022-08-12 15:48

　　无线激光通信系统中由于空间光的模式受到大气湍流的影响,形成光束模式退化,导致与接收端耦合使用的单模光纤模场不完全匹配,从而降低了空间光-单模光纤的耦合效率。因此对光束模式与光纤模式进行匹配尤为重要。本文研究了以液晶空间光调制器为核心架构的自由空间光模式转换方法,并对转换传输函数进行优化处理,实验研究模式转换方案对于单模光纤耦合效率的提高。主要工作如下:1、分析了光纤的模式理论并推导了高低阶模式间互换的转换传输函数表达式,为后期转换模型的建立给予了理论基础。2、利用二进制相位进行了 LP01模式-高阶模式的激励,将其作为湍流退化后的高阶模式,之后利用二进制相位实现了高阶模式-LP01模式的转换,并确立了转换传输函数和相应转换效率评价指标。3、利用模拟退火算法对转换传输函数相位进行了随机扰动优化,分析了初始温度、退火系数、扰动次数和优化区域具体参数的选取对模式转换效率的影响。以转换效率作为评价指标,确立了模拟退火算法优化后的最佳转换传输函数及其相位全息图,较纯二进制相位转换后的转换效率得到了大幅度提升。结合模拟退火算法优化改进了模式转换系统。4、搭建了模式转换下的耦合实验平台,研究了模式转... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 空间光耦合的发展现状
        1.2.2 模式转换的研究现状
    1.3 研究意义
    1.4 论文结构安排
2 模式转换基础理论
    2.1 衍射
        2.1.1 衍射的角谱概念
        2.1.2 菲涅尔衍射
        2.1.3 夫琅禾费衍射
    2.2 透镜的傅里叶变换与OTI系统
        2.2.1 透镜的傅里叶变换性质
        2.2.2 OTI系统基本概念
    2.3 模式理论基础
    2.4 本章小结
3 空间相位调制模式转换
    3.1 空间相位调制
        3.1.1 相位板简介
        3.1.2 液晶空间光调制器特性原理
    3.2 基于OTI系统的模式转换系统模型
        3.2.1 空间滤波系统
        3.2.2 建立仿真坐标系之间的关系
        3.2.3 基于OTI系统的模式转换系统模型
    3.3 转换结果仿真分析
        3.3.1 LP01模式到高阶模式的激励
        3.3.2 高阶模式到LP01模式的转换
    3.4 转换效率定量分析
    3.5 本章小结
4 模式转换的优化改进
    4.1 模拟退火算法
        4.1.1 模拟退火算法的原理
        4.1.2 模拟退火算法的特点和应用
    4.2 基于模拟退火算法的模式转换优化
        4.2.1 模拟退火算法对模式转传输函数的优化
        4.2.2 模拟退火算法参数对模式转换的影响分析
    4.3 无优化与模拟退火算法优化的模式转换比较
    4.4 本章小结
5 模式转换实验研究
    5.1模式转换实验
        5.1.1 模式转换系统实验平台及设备
        5.1.2 模式转换系统实验结果分析处理
    5.2 耦合效率的实验研究
        5.2.1 模式转换用于耦合的实验平台
        5.2.2 模式转换用于耦合实验的结果分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文研究总结
    6.2 前景与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3676157