無線光通信以光波作為載波在自由空間傳遞信息，在接收端將光信號(hào)耦合進(jìn)波導(dǎo)傳輸，有利于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、放大、處理、轉(zhuǎn)換與交換。本書從電磁場(chǎng)的基本理論出發(fā)，闡述光在光纖中的傳輸特性，分析不同模式光信號(hào)的耦合特性，分別對(duì)模式轉(zhuǎn)換法、透鏡偶合法、波前畸變修正法等空間光-光纖耦合技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 發(fā)射機(jī) 1
1.1.2 接收機(jī) 2
1.1.3 光學(xué)天線 2
1.1.4 空間光-光纖耦合的優(yōu)點(diǎn) 4
1.2 無線光通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.3 空間光-光纖耦合技術(shù) 7
1.3.1 國(guó)外研究進(jìn)展 7
1.3.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 10
1.4 空間光-光纖耦合 16
1.4.1 光學(xué)模式 17
1.4.2 厄米 -高斯光束 17
1.4.3 拉蓋爾-高斯光束 19
1.4.4 空間光-光纖耦合 19
參考文獻(xiàn) 23
第2章 光纖模式理論 31
2.1 光纖 31
2.1.1 基本結(jié)構(gòu) 31
2.1.2 倒拋物線型光纖 32
2.2 模式理論 33
2.2.1 波動(dòng)方程 34
2.2.2 波動(dòng)方程的解 35
2.3 光纖中光波傳播的模式 39
2.3.1 矢量模式 39
2.3.2 標(biāo)量模式的解 46
2.3.3 歸一化工作頻率 48
2.3.4 高斯模的耦合效率 49
2.4 模式有效折射率 51
2.4.1 矢量模式的有效折射率 51
2.4.2 模式間的有效折射率差 53
2.4.3 色散特性 53
2.4.4 非線性效應(yīng) 55
參考文獻(xiàn) 58
第3章 理想條件下透鏡-單模光纖耦合 60
3.1 平面波耦合 60
3.1.1 耦合效率的幾何光學(xué)分析 61
3.1.2 耦合效率的模場(chǎng)分析 62
3.1.3 透鏡端面上的耦合效率 65
3.2 裝配誤差引起的耦合效率衰落 66
3.2.1 徑向誤差 67
3.2.2 軸向誤差 67
3.2.3 軸傾斜誤差 69
3.3 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)誤差 71
3.3.1 標(biāo)定誤差 71
3.3.2 擬合誤差 72
3.3.3 測(cè)量噪聲誤差 72
3.3.4 帶寬誤差 74
3.4 非共光路像差 74
3.4.1 非共光路像差校準(zhǔn)研究現(xiàn)狀 75
3.4.2 非共光路像差的產(chǎn)生 75
3.4.3 非共光路像差的折算 76
3.5 高斯光束耦合 77
3.5.1 耦合效率 77
3.5.2 人工消除非共光路像差實(shí)驗(yàn) 78
3.5.3 自動(dòng)消除非共光路像差實(shí)驗(yàn) 80
參考文獻(xiàn) 81
第4章 弱湍流大氣中空間平面波-透鏡-單模光纖耦合 84
4.1 大氣湍流中光場(chǎng)分布及折射率功率譜 84
4.1.1 大氣湍流中的光場(chǎng)分布的Born解 84
4.1.2 光在大氣湍流中的光場(chǎng)分布Rytov解 86
4.1.3 折射率功率譜模型 90
4.2 大氣湍流中透鏡耦合 93
4.2.1 Kolmogorov湍流譜下的耦合效率模型 93
4.2.2 von Karman湍流譜下的耦合效率模型 95
4.2.3 Kolmogorov和von Karman湍流譜下的耦合效率對(duì)比 96
4.2.4 von Karman湍流譜下斜程傳輸時(shí)的耦合效率 99
4.3 大氣湍流中透鏡耦合光功率相對(duì)起伏方差 100
4.3.1 大氣湍流中透鏡-單模光纖耦合功率相對(duì)起伏方差 100
4.3.2 實(shí)驗(yàn)研究 103
4.3.3 耦合效率及耦合功率抖動(dòng)方差對(duì)無線光通信系統(tǒng)誤碼率的影響 106
4.4 大氣湍流中透鏡陣列的空間光耦合 107
4.4.1 耦合效率 108
4.4.2 耦合實(shí)驗(yàn) 111
參考文獻(xiàn) 113
第5章 光纖耦合自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng) 115
5.1 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng) 115
5.1.1 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)原理 115
5.1.2 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)組成 116
5.1.3 壓電陶瓷 117
5.2 控制算法基本原理 117
5.2.1 模擬退火算法基本原理 117
5.2.2 模擬退火算法的流程 117
5.2.3 模擬退火算法特點(diǎn) 119
5.2.4 隨機(jī)并行梯度下降算法 120
5.2.5 隨機(jī)并行梯度下降算法不同參數(shù)仿真 122
5.3 對(duì)準(zhǔn)誤差對(duì)空間光-光纖耦合效率的影響 124
5.3.1 對(duì)準(zhǔn)誤差與耦合效率 124
5.3.2 徑向誤差、軸傾斜誤差、軸向誤差 127
5.4 二維自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn) 129
5.4.1 壓電陶瓷與光纖固定方式 129
5.4.2 二維對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn) 129
5.5 五維自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn) 132
5.5.1 壓電陶瓷組合及與光纖固定方式 132
5.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 134
參考文獻(xiàn) 137
第6章 模式轉(zhuǎn)換法 139
6.1 模式轉(zhuǎn)換的研究現(xiàn)狀 139
6.2 模式轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)理論 140
6.3 空間相位調(diào)制模式轉(zhuǎn)換 143
6.3.1 模式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)模型 143
6.3.2 高階模到 LP01模式的轉(zhuǎn)換 145
6.3.3 轉(zhuǎn)換效率分析 146
6.4 模式轉(zhuǎn)換的改進(jìn) 148
6.4.1 基于模擬退火算法的模式轉(zhuǎn)換 148
6.4.2 模式轉(zhuǎn)換效果比較 151
6.5 實(shí)驗(yàn)研究 153
6.5.1 模式轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) 153
6.5.2 耦合效率實(shí)驗(yàn) 156
參考文獻(xiàn) 158
第7章 自適應(yīng)光學(xué)波前校正 160
7.1 引言 160
7.2 系統(tǒng)組成 160
7.2.1 Zernike多項(xiàng)式 161
7.2.2 波前畸變對(duì)耦合效率影響 163
7.2.3 桶中功率 164
7.2.4 斯特列爾比 165
7.2.5 波前傳感器 166
7.2.6 變形鏡 169
7.3 仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究 174
7.3.1 仿真分析 174
7.3.2 實(shí)驗(yàn)研究 175
參考文獻(xiàn) 183
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