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自由空间光（Free Space Optical,FSO）通信凭借其带宽大、速率高、链路部署快、安全性好等优点得到了较为广泛的应用。同时,近年来全球网络增长大趋势促使通信技术不断向高速、大容量的方向演进。轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）作为光束的新一维度,凭借其独特的光学特性在光通信技术中受到了越来越多的关注。具有不同方位角指数同轴传播的OAM光束之间是正交的,并且其方位角指数理论上可以取任意整数。因此不论是利用OAM态编码还是利用OAM光束作为载波复用,OAM的引入均可有效提升通信系统的容量,满足高速率大容量的现代通信需求。然而,在实际通信链路中,湍流环境（大气湍流、海洋湍流等）会引起OAM光束波前畸变,导致功率损耗、OAM模式间发生串扰,从而降低FSO通信链路性能。为了解决湍流信道环境下OAM光束敏感易受损的问题,在充分考虑OAM光束独有的传输特性以及结构特性基础上,本文开展了 OAM空间光通信系统自适应光学（Adaptive Optics,AO）关键技术研究。面向OAM光通信系统中湍流环境传输链路的建立、自适应光学方案的设计和系统仿真与验证的需求,论文重点研究了基于相位恢复算法的自适应光学（Phase Retrieval Algorithm-based Adaptive Optics,PRA-AO）补偿技术、基于 AO 的 OAM-FSO 链路中探针光束选择与束腰控制方法、OAM海洋湍流链路下的PRA-AO技术以及适用于海洋通信复杂场景的PRA-AO预校正技术,实现湍流环境下OAM光通信系统的高性能传输。本文主要研究工作和创新点如下:1.OAM-FSO链路下基于单强度探测的自适应光学方案为了克服OAM光束相位奇点引起的波前重建误差等问题,提出基于单强度探测相位恢复算法（Single-Intensity-Measurement Phase Retrival Algorithm,SPRA）的 AO（SPRA-AO）方案。该方案仅需探测探针光束的焦平面强度分布即可重构OAM光束波前信息,进而完成OAM光束校正,实现了适合于OAM-FSO通信链路的简化版AO的应用。根据OAM光束传输以及分布特性设置SPRA的迭代限制条件,仿真研究了 SPRA-AO方案对畸变OAM光束的校正性能。研究结果表明,SPRA-AO方案在单态和复用态OAM链路下均可有效修复畸变OAM光束,在保持系统简洁性的同时提高系统误码率（Bit Error Rate,BER）等性能。在同时存在背景噪声和探测器噪声的情况下,与基于 Gerchberg-Saxton 算法的 AO（GSA-AO）方案相比,SPRA-AO 方案对于探测器读出噪声有更好的鲁棒性。与传统GSA-AO方案相比,SPRA-AO方案在仅有单强度输入的情况下可实现与基于双强度输入的GSA-AO方案相似的校正性能。2.基于AO的OAM-FSO链路探针光束选择与束腰控制方法基于OAM-FSO链路的特点以及OAM光束的传输特性,研究了基于AO的OAM-FSO链路中探针光束的选择与束腰控制方法。一方面,提出使用OAM光束做探针,实现对畸变OAM信息光束的补偿。研究结果表明与传统高斯光束相比,使用一阶OAM光束做探针可实现更好的修复效果。另一方面,以信息光束和探针光束的强度相关系数为评价指标,推导出相关系数取最大值时对应的探针光束尺寸解析表达式。研究结果表明,对探针光束进行合理的束腰控制可有效保证AO方案的校正性能。3.OAM-FSO链路下基于双强度探测的自适应光学方案提出两种OAM-FSO通信链路下的基于双强度探测PRA的AO方案（DPRA-AO）,分别是基于空间相位扰动GS算法的AO方案（Spatial Phase Pertubation Gerchberg-Saxton Algorithm-based Adaptive Optics,SPP GSA-AO）以及基于混合输入输出算法的AO方案（Hybrid-Input-Output Algorithm-based Adative Optics,HIOA-AO）,并对以上两种DPRA-AO方案校正性能进行了仿真研究。该DPRA-AO方案解决了单强度探测AO方案中波前重构精度有限的问题,通过探测探针光束在空间域和频域的强度分布,为PRA迭代引入更多的先验信息,有效提高了 AO的校正效果。研究结果表明,OAM-FSO链路下SPP GSA-AO方案校正效果优于传统GSA-AO方案。SPP GSA由于相位扰动的引入,需要更多的迭代步数达到收敛。与GSA-AO方案相比,HIOA-AO方案可快速、有效校正畸变OAM光束,提升OAM-FSO通信链路的BER性能。除此之外,验证了 HIOA-AO方案对OAM复用链路同样有效。在抗噪性能方面,无论是SPRA-AO还是DPRA-AO方案,背景噪声的存在都会降低其校正效果;同时,上述方案对于探测器散粒噪声有着较强的鲁棒性;在同时存在背景噪声和探测器噪声的情况下,与SPPGSA-AO方案相比,HIOA-AO方案对于探测器读出噪声有着更强的鲁棒性。4.OAM海洋湍流链路下自适应光学“后补偿”以及“预校正”方案提出OAM海洋湍流链路下的PRA-AO方案,该方案采用PRA-AO方法缓解海洋湍流对OAM光束传输性能的影响,解决海洋湍流环境下OAM光束湍流敏感问题。为了解决海洋通信场景复杂且多样的问题,提出OAM海洋链路下的PRA-AO预校正方案,将AO模块放置在发送端,有效降低接收端系统复杂度,在保证通信链路性能的基础上增加海洋通信链路的灵活性。仿真结果表明,与GSA-AO方案相比,HIOA-AO方案能够有效补偿OAM-UWOC链路下的OAM光束畸变,提升链路的BER性能;AO预校正方案在有效降低接收端复杂度的同时,可实现与传统AO后补偿方案相当的修复效果。