無線光通信以光波作為載波在自由空間傳遞信息，在接收端將光信號耦合進波導(dǎo)傳輸，有利于對光信號進行檢測、放大、處理、轉(zhuǎn)換與交換。本書從電磁場的基本理論出發(fā)，闡述光在光纖中的傳輸特性，分析不同模式光信號的耦合特性，分別對模式轉(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)進行詳細介紹，并通過實驗對其涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行驗證。
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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 1
1.1.2 接收機 2
1.1.3 光學(xué)天線 2
1.1.4 空間光-光纖耦合的優(yōu)點 4
1.2 無線光通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.3 空間光-光纖耦合技術(shù) 7
1.3.1 國外研究進展 7
1.3.2 國內(nèi)研究進展 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 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 波動方程 34
2.2.2 波動方程的解 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 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驗 78
3.5.3 自動消除非共光路像差實驗 80
參考文獻 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 大氣湍流中光場分布及折射率功率譜 84
4.1.1 大氣湍流中的光場分布的Born解 84
4.1.2 光在大氣湍流中的光場分布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比 96
4.2.4 von Karman湍流譜下斜程傳輸時的耦合效率 99
4.3 大氣湍流中透鏡耦合光功率相對起伏方差 100
4.3.1 大氣湍流中透鏡-單模光纖耦合功率相對起伏方差 100
4.3.2 實驗研究 103
4.3.3 耦合效率及耦合功率抖動方差對無線光通信系統(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 耦合實驗 111
參考文獻 113
第5章 光纖耦合自動對準系統(tǒng) 115
5.1 自動對準系統(tǒng) 115
5.1.1 自動對準系統(tǒng)原理 115
5.1.2 自動對準系統(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 119
5.2.4 隨機并行梯度下降算法 120
5.2.5 隨機并行梯度下降算法不同參數(shù)仿真 122
5.3 對準誤差對空間光-光纖耦合效率的影響 124
5.3.1 對準誤差與耦合效率 124
5.3.2 徑向誤差、軸傾斜誤差、軸向誤差 127
5.4 二維自動對準實驗 129
5.4.1 壓電陶瓷與光纖固定方式 129
5.4.2 二維對準實驗 129
5.5 五維自動對準實驗 132
5.5.1 壓電陶瓷組合及與光纖固定方式 132
5.5.2 實驗結(jié)果分析 134
參考文獻 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 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 實驗研究 153
6.5.1 模式轉(zhuǎn)換實驗 153
6.5.2 耦合效率實驗 156
參考文獻 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多項式 161
7.2.2 波前畸變對耦合效率影響 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 仿真分析與實驗研究 174
7.3.1 仿真分析 174
7.3.2 實驗研究 175
參考文獻 183
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