涡旋光束的产生、传输、检测及应用(第2版)

本书主要围绕轨道角动量复用通信的关键技术：涡旋光束的产生、传输、检测及应用进行介绍。对一系列产生涡旋光束的方法进行了详细地描述和对比；以拉盖尔-高斯光束和贝塞尔-高斯光束为例，介绍它们在大气湍流中的传输特性；利用涡旋光束的叠加态、干涉、衍射及光栅，可实现涡旋光束拓扑荷数的检测；介绍涡旋光束的在光通信中的应用及部分相干涡旋光束在大气湍流中的传输特性；介绍涡旋光束信息交换及信道重构。

前言
第1章绪论1
1.1光学涡旋1
1.2轨道角动量复用通信系统2
1.2.1背景与意义2
1.2.2轨道角动量复用技术原理6
1.2.3轨道角动量复用通信系统模型7
1.3涡旋光束的产生7
1.3.1空间产生法7
1.3.2光纤产生法12
1.3.3涡旋光束产生方法的对比15
1.4涡旋光束的影响因素15
1.4.1大气湍流效应15
1.4.2光束传输特性研究方法16
1.4.3涡旋光束的传输特性研究进展17
1.5相位恢复19
1.5.1传统自适应光学校正技术19
1.5.2无波前传感器的AO校正20
1.5.3涡旋光束相位畸变校正21
1.6涡旋光束的分离与检测22
1.6.1叉形光栅23
1.6.2干涉特性23
1.6.3衍射特性25
1.6.4重构波前27
参考文献29
第2章涡旋光束的空间产生法36
2.1涡旋光束的基本原理36
2.2几种典型的涡旋光束37
2.2.1拉盖尔-高斯光束37
2.2.2贝塞尔光束39
2.2.3厄米-高斯光束39
2.3涡旋光束的产生方法40
2.3.1计算全息法40
2.3.2几何模式转换法42
2.3.3螺旋相位板法43
2.3.4空间光调制器法45
2.3.5光波导器件转化法45
2.4高阶径向LG光束46
2.5分数阶涡旋光束的产生48
2.5.1计算全息法制备LG光束的原理48
2.5.2分数阶拉盖尔-高斯光束轨道角动量的实验研究50
参考文献53
第3章涡旋光束的光纤产生法55
3.1引言55
3.2光纤模式理论55
3.2.1波动方程55
3.2.2光纤中的矢量模式56
3.2.3导模截止与远离截止60
3.2.4弱导近似下的标量模63
3.2.5光纤产生涡旋光原理分析65
3.3光纤产生涡旋光的影响因素分析67
3.3.1入射波长对涡旋光产生的影响67
3.3.2光纤内外折射率差对涡旋光产生的影响68
3.3.3光纤纤芯半径对涡旋光产生的影响69
3.3.4入射角度对涡旋光激发效率的影响70
3.3.5离轴入射光纤对涡旋光产生的影响71
3.4利用少模光纤产生涡旋光的实验72
3.4.1利用少模光纤产生涡旋光的原理72
3.4.2涡旋光的激发效率分析73
3.4.3实验研究74
3.4.4相位验证78
3.5改变光纤结构产生涡旋光78
3.5.1结构设计78
3.5.2低折射率层对OAM模式的影响80
参考文献82
第4章高阶径向拉盖尔-高斯光束的叠加特性84
4.1引言84
4.2径向指数对高阶径向LG光束叠加态的影响84
4.2.1拓扑荷数相同的LG光束干涉叠加85
4.2.2径向指数相同的LG光束干涉叠加86
4.2.3任意径向指数、拓扑荷数的LG光束干涉叠加90
4.3传输距离对高阶径向LG光束叠加态的影响91
4.4束腰半径对高阶径向LG光束叠加态的影响93
4.5离轴参数对高阶径向LG光束叠加态的影响94
4.6高阶径向LG光束叠加态的实验96
4.6.1实验装置96
4.6.2全息图的产生96
4.6.3实验结果分析98
参考文献102
第5章涡旋光束的传输特性104
5.1引言104
5.2LG光束在大气湍流中的传输104
5.2.1理论分析104
5.2.2LG光束经大气湍流斜程信道时的传输特性108
5.3BG光束在大气湍流中的传输114
5.3.1BG光束在湍流中的传输理论.114
5.3.2BG光束经大气湍流信道时的特性116
5.4涡旋光束斜程传输时轨道角动量的稳定性研究119
5.4.1涡旋光束的光强分布对比119
5.4.2涡旋光束的各谐波分量对比121
参考文献126
第6章自适应光学校正技术127
6.1引言127
6.2自适应光学基本原理127
6.2.1自适应光学校正系统127
6.2.2夏克-哈特曼算法129
6.2.3相位恢复算法130
6.2.4随机并行梯度下降算法132
6.2.5相位差算法134
6.3OAM光束通过大气湍流后的波前校正137
6.3.1相位恢复算法137
6.3.2随机并行梯度下降算法140
6.3.3相位差算法143
……