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自由空间光通信(Free Space Optical Communication,FSO)技术是一种在自由空间中传输光信号,实现双向通信的技术,具有带宽高,保密性好,无需频段申请,架设方便等优点。奇点光束作为现代光学领域的重要分支,主要分为基于相位奇点的轨道角动量(OAM)光束和基于偏振奇点的柱矢量(CVB)光束。利用奇点光束的正交性和无限性等特点,可以为自由空间光通信系统提供一个新的复用维度,提高通信系统的通信容量和速率。本论文首先介绍了FSO系统的概念和优势,应用领域以及国内外研究进展。然后简要概括了奇点光束的概念,并分别对OAM光束和CVB光束的产生和检测方法,复用/解复用技术做了详细的介绍,给出奇点光束在自由空间光通信中的应用。在此基础上,将基于奇点光束的复用技术应用于自由空间光通信系统中,与音频和图像视频传输等技术相结合,设计了音视频同轴复用传输系统,覆盖可见光波段和近红外波段,重点研究发射部分和接收部分的实现原理。本论文的主要研究工作如下:(1)演示了基于OAM光束复用的音视频同轴传输系统,重点比较了光电转换器件LED和LD应用于光通信领域的优缺点,并选择LD作为发射端光源。音频传输系统采用模拟调制方法加载音频信号,简单方便,易于实现。将FPGA作为系统数字信号处理模块,实时传输图像信息。然后利用USRP作为基带信号处理模块,以传输速率100 Mbit/s在光通信系统中实现图像,文字和视频等信息的实时传输。最后搭建2路OAM光束复用系统将携带音视频信息的光束在自由空间中同轴复用传输一段距离后进行解复用,分别还原音视频信息。(2)搭建基于光端机的CVB光束复用视频传输系统,光端机作为数字信号处理模块,内部集成WDM系统,与基于CVB光束复用的自由空间光通信系统相结合,节约布线资源,进一步提高通信系统的通信容量,最终实现基于监控摄像头的实时监控信息传输。本论文对基于奇点光束的自由空间光通信复用系统进行了研究,并利用该系统实时传输音视频信号,与实际应用相结合。可以看出,将奇点光束的复用应用于自由空间光通信中,可以提高通信系统的容量和速率,在星际通信,楼宇通信,水下通信等方面都有着重要的应用。