發(fā)布時間：2018-11-03 18:26

【摘要】：無線光通信作為當(dāng)今通訊領(lǐng)域新興的一門技術(shù),具有設(shè)備輕便,保密性好,傳輸信息量大等特點,已成為當(dāng)今學(xué)者研究的熱點。光的偏振,在經(jīng)典及量子領(lǐng)域都有其重要應(yīng)用價值。由于光的偏振態(tài)能夠儲存信息,就可利用此特性實現(xiàn)無線光通信。然而,光束在大氣中傳輸時不可避免的會遭受惡劣天氣及湍流等因素的干擾,使得無線光通信性能的穩(wěn)定性受到影響。所以研究光束在湍流信道中的傳輸問題不僅具有理論意義,而且對自由空間量子通信系統(tǒng)的設(shè)計也有重要指導(dǎo)作用。工作內(nèi)容如下:本文主要探討了高斯-謝爾光束傳輸在海氣湍流信道環(huán)境下的偏振起伏問題。通過應(yīng)用廣義惠更斯-菲涅爾積分和Rytov近似等方法,建立了光束傳輸在海氣湍流信道下的偏振模型,并且導(dǎo)出了球面波的橫向相干長度。另外,基于交叉譜密度矩陣,建立了高斯-謝爾電磁光束的平均偏振度模型。最后,通過數(shù)值模擬詳細(xì)的分析了高斯-謝爾光束傳輸在海氣柯爾莫哥諾夫與非柯爾莫哥諾夫湍流信道下的偏振起伏特性,并且對比了光束傳輸在海氣與陸氣信道之間的偏振起伏差異,得出了如下結(jié)論:1.高斯-謝爾光束傳輸在海氣柯爾莫哥諾夫湍流信道時,偏振度會隨著光子數(shù)目和光源相干寬度的增加而增加。通過對比海氣與陸氣柯爾莫哥諾夫湍流信道下的偏振度差異,發(fā)現(xiàn)光束在海氣湍流信道中傳播時受到的湍流衰減效應(yīng)相比陸氣信道要明顯,也就是說在海氣湍流信道中的退偏效應(yīng)較強(qiáng)。2.高斯-謝爾光束在海氣非柯爾莫哥諾夫湍流信道傳輸時,研究發(fā)現(xiàn)湍流內(nèi)尺度的增大有助于我們獲得較大的球面波橫向相干長度和較高的偏振度,并且湍流外尺度對偏振度的影響可以被忽略,通過引入各向異性因子分析得到:不論在海氣或是陸氣湍流信道環(huán)境下,湍流的各向異性程度越高,偏振度越強(qiáng)。3.利用交叉譜密度矩陣,建立了高斯-謝爾電磁光束傳輸在陸氣與海氣湍流信道中的平均偏振度模型。平均偏振度會隨非柯爾莫哥諾夫譜指數(shù)的增加而增加,并且高斯-謝爾電磁光束配置數(shù)值較小的δ_(yy)、δ_(xx)、A_x與較大A_y參數(shù)時,能夠減少光束在大氣湍流中傳播時受到的干擾。也就是說,通過選取特定參數(shù)可以實現(xiàn)較高質(zhì)量的偏振通信。
[Abstract]:As a new technology in the field of communication, wireless optical communication has the characteristics of portable equipment, good confidentiality and large amount of transmission information. Polarization of light has important application value in classical and quantum fields. Since the polarization state of light can store information, wireless optical communication can be realized by using this characteristic. However, the stability of wireless optical communication is affected by the interference of bad weather and turbulence when the beam propagates in the atmosphere. Therefore, the study of beam propagation in turbulent channels has not only theoretical significance, but also plays an important role in guiding the design of quantum communication systems in free space. The main work is as follows: in this paper, the polarization fluctuation of Gauss-Schell beam propagation in air-sea turbulent channel is discussed. By using the generalized Huygens-Fresnel integral and the Rytov approximation, the polarization model of beam propagation in air-sea turbulent channel is established, and the transverse coherent length of spherical wave is derived. In addition, based on the cross spectral density matrix, an average polarization model of Gaussian Schell electromagnetic beam is established. Finally, the polarization fluctuation characteristics of Gauss-Schell beam propagating in the turbulent channel between Kormogorov and non-Kolmogorov at sea and air are analyzed in detail by numerical simulation. The difference of polarization fluctuation between sea and land air channel is compared, and the following conclusions are obtained: 1. The degree of polarization increases with the increase of the number of photons and the coherent width of the light source when the Gaussian Schell beam propagates in the Kelmogorov turbulent channel. By comparing the polarization difference between the sea and the land atmosphere in Kolmogorov turbulent channel, it is found that the turbulent attenuation effect of the beam propagating in the sea and air turbulence channel is more obvious than that in the land air channel. That is to say, the depolarization effect in the air-sea turbulent channel is strong. 2. 2. When the Gaussian Schell beam propagates in a non-Kolmogorov turbulent channel at sea and air, it is found that the increase of the internal scale of turbulence can help us to obtain larger transverse coherent length and higher degree of polarization of spherical waves. The influence of the external scale of turbulence on the degree of polarization can be neglected. By introducing anisotropy factor analysis, it is concluded that the higher the degree of anisotropy of turbulence is, the stronger the degree of polarization is. Based on the cross spectral density matrix, an average degree of polarization model of Gauss-Schell electromagnetic beam propagation in land-air and sea-air turbulent channels is established. The average degree of polarization increases with the increase of the non-Kolmogorov spectral exponent, and the Gauss-Schell electromagnetic beam has a smaller 未 _ (yy), 未 _ (xx), _ Ax and a larger ASP _ y parameter. It can reduce the interference of light beam propagating in atmospheric turbulence. That is to say, high quality polarization communication can be achieved by selecting specific parameters.
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

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本文編號：2308594