【摘 要】
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作为新型结构光束的一类,全庞加莱球光束因其横截面上自旋角动量和轨道角动量发生耦合,近年来在自由空间光通信领域内受到广泛关注.然而,传输信道中的大气湍流将产生诸如光束扩展、漂移、光强闪烁等严重影响,进而限制光通信系统性能.结合随机相位屏,对具有“C”型偏振奇点的全庞加莱球光束、\'\'V“型偏振奇点的柱矢量光束和均匀偏振的标量涡旋光束在湍流大气中的传播进行大量的数值模拟.归一化光强相关系数和模式纯度被用于研究杂合庞加莱球表面不同位置处表征的全庞加莱球的稳定性.结果 表明,相较于具有相似偏振拓扑荷和光
【机 构】
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北京理工大学光电学院,北京100081;信息光子技术工业和信息化部重点实验室,北京100081;光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京100081
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作为新型结构光束的一类,全庞加莱球光束因其横截面上自旋角动量和轨道角动量发生耦合,近年来在自由空间光通信领域内受到广泛关注.然而,传输信道中的大气湍流将产生诸如光束扩展、漂移、光强闪烁等严重影响,进而限制光通信系统性能.结合随机相位屏,对具有“C”型偏振奇点的全庞加莱球光束、\'\'V“型偏振奇点的柱矢量光束和均匀偏振的标量涡旋光束在湍流大气中的传播进行大量的数值模拟.归一化光强相关系数和模式纯度被用于研究杂合庞加莱球表面不同位置处表征的全庞加莱球的稳定性.结果 表明,相较于具有相似偏振拓扑荷和光强分布的柱矢量光束以及标量涡旋光束而言,坐标位于南半球的全庞加莱球光束在弱湍流和中湍流(r0=0.5 m,0.125 m)下具有较高稳定性.而在强湍流下(r0=0.056 m),优势区域缩小至2σ∈[5π/32,0](纬度坐标).上述结果将为自由空间远距离通信中传输介质的选取提供重要依据并进一步促进通信质量的提升.”,\"Full Poincaré beams,as a more complicated class of novel structural beams,lead to impressive demonstrations recently in Free-Space Optical Communication (FSOC) due to the coupling of spin and orbital angular momentum in the cross section.However,a noteworthy limiting factor of FSOC system in this process is the varying atmospheric turbulence which results in beam expansion,drift,light intensity scintillation and other severe effects.Massive numerical simulations on turbulent atmospheric propagation of full Poincaré beams with C-point polarization,cylindrical vector beams with V-point polarization and homogeneous scalar polarized vortex beams through random phase screens were demonstrated.In this process,normalized correlation coefficient and mode purity were proposed to explore the robustness of full Poincaré beams on different locations of hybrid-order Poincaré sphere.The results show that full Poincaré beams with coordinates located in the southern hemisphere remain high robustness under weak and moderate turbulence (r0=0.5 m,0.125 m) compared with cylindrical vector beams and scalar vortex beams with similar topological charges and intensity distribution.While the dominant area shrinks to 2σ∈[5π/32,0](latitude coordinates) under strong turbulence (r0=0.056 m).These results will promote the selection of robust transmission media and the development of transmission quality in fiee-space communications with long-distance.
其他文献
金属离子交换作为一种简便的改性Y型分子筛手段,对于Y型分子筛的性能有着显著影响.本工作将交换金属离子分为四类(稀土离子、过渡金属离子、碱金属离子和碱土金属离子),分别探讨了四类离子对Y型分子筛的比表面积、孔容和孔径等结构方面的影响,以及对酸碱性、酸碱性强度和酸碱性位数等活性位方面的影响.同时总结了金属离子交换改性的Y型分子筛在催化反应过程、物理吸附过程和氧化脱色过程的应用.旨在促使离子交换改性的Y型分子筛在催化和吸附等领域发挥更大的作用,同时为其它分子筛离子交换改性提供指导.
涡旋光束是一种携带轨道角动量且具有螺旋波振面的新型结构光场.自1992年Allen等首次证明了近轴条件下带有螺旋相位因子的光场具有轨道角动量以来,涡旋光束因其在光操控、光通信、光学测量和遥感等领域中的广泛应用而备受关注,特别是近年来涡旋光束在惯性测量领域的应用吸引了诸多学者的研究兴趣.文中主要涉及三个方面的内容:涡旋光束制备方法研究进展;涡旋光束在惯性测量领域中的关键应用,具体为基于涡旋光的旋转多普勒效应和量子陀螺;最后还就惯性测量对涡旋光束制备提出的新要求进行了讨论.
自Allen等证明具有螺旋相位波面的激光束携带有轨道角动量以来,对光束轨道角动量调控技术的研究取得了跨越式的发展,获得了包括相位涡旋光束、矢量涡旋光束、激光束阵列等多种新型结构光场,在超大容量光通信、遥感探测、激光加工、高分辨率成像等领域展现出广阔的应用前景.准确测量光束的轨道角动量是其应用的重要基础,早期人们更多地关注对待测光束所包含的轨道角动量成分分布的测量,后来逐步拓展至对各个轨道角动量成分的强度比重即轨道角动量谱的测量.文中系统地回顾并总结近年来光束轨道角动量谱测量技术的发展,主要介绍了包括基于衍
涡旋光在光通信、量子纠缠、新的非线性光学效应、微纳机械加工、超分辨成像和光镊等领域具有重要的应用价值.涡旋光应用的前提条件是高质量涡旋光束的产生,将缺陷镜技术和固体激光谐振腔技术结合起来研究,对直接产生高光束质量、高稳定性和大拓扑荷数(高阶)的涡旋激光具有明显的优势.当前,该项技术多是用在简单的两镜线性腔中,且以连续波涡旋激光为主.文中使用紫外皮秒脉冲激光器制备了点缺陷镜,并采用LD端面泵浦Nd∶YVO4晶体作为激光实验平台,构造了V型激光谐振腔,首次实现了复杂谐振腔内直接产生高阶涡旋激光输出.当吸收功率
为了保证外界环境剧烈变化下大口径巡天望远镜的成像质量以及实现系统的快速对准,其波前传感系统在保持像差检测精度的同时也需要具备较大动态范围.首先基于同侧离焦星点像光强分布与曲率传感技术建立了 一套大动态范围的对准检测技术,分别使用解析式表达和机器学习方法实现离焦量以及系统其余低阶像差的解算.然后对不同类型像差的解算精度进行了理论分析,最后针对所提出方法进行实验验证,结果表明离焦检测误差(以波前RMS变化为准)分别小于5%,而失调检测误差小于15%,满足对准装调要求.
由于空间环境变化,高分辨率空间光学载荷在轨会产生不同程度的离焦从而影响成像质量,因此需要进行在轨调焦.为了适应高分辨率、轻小型空间光学载荷发展需求,设计了 一种集支撑功能、调焦功能为一体的结构,通过热控系统对支撑结构温度的精准控制来调整次镜组件在光轴方向的位置,从而使载荷具备调焦功能.首先,根据光学系统参数进行调焦精度分析,确定支撑结构的设计要求;然后,基于连续拓扑优化中的变密度法(SIMP)进行支撑结构的全局优化;最后,开展了热光学试验,验证支撑结构的热控调焦功能并测量热控调焦系数.试验结果表明:该光学
可变智能桁架在光学设备装调与在轨组装与维护等方面均有着巨大的优势,针对可变智能桁架在大口径光学设备上的相关技术及应用进行了归纳总结,并对其未来发展趋势进行了展望.首先,针对少自由度串联构型的桁架论述了关于望远镜嵌合式可变智能桁架设计及其应用;之后,着重介绍了可变智能桁架在望远镜在轨组装、调节以及在轨服务中的应用.针对其自由度与定位精度高的特点,总结了智能桁架调节时可使用的反馈方法并对可变智能桁架的结构与控制算法进行了论述;最后,对目前应用于智能桁架的技术进行了总结,并对未来的发展趋势进行了展望.
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