留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

涡旋光束的自适应光学波前校正技术

高春清,  张世坤,  付时尧,  胡新奇

downloadPDF
文章导航 > 红外与激光工程  > 2017 >  46(2): 201001-0201001(6)
高春清, 张世坤, 付时尧, 胡新奇. 涡旋光束的自适应光学波前校正技术[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 201001-0201001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0201001
引用本文: 高春清, 张世坤, 付时尧, 胡新奇. 涡旋光束的自适应光学波前校正技术[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 201001-0201001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0201001
shu
Gao Chunqing, Zhang Shikun, Fu Shiyao, Hu Xinqi. Adaptive optics wavefront correction techniques of vortex beams[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 201001-0201001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0201001
Citation: Gao Chunqing, Zhang Shikun, Fu Shiyao, Hu Xinqi. Adaptive optics wavefront correction techniques of vortex beams[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 201001-0201001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0201001
shu

涡旋光束的自适应光学波前校正技术

doi: 10.3788/IRLA201746.0201001
  • 1.

    北京理工大学光电学院,北京 100081

基金项目: 

973计划（2014CB340004）

详细信息
    作者简介:

    高春清(1967-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事新型激光器件与技术,光电子信息技术与系统等方面的研究。Email:gao@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O436

Adaptive optics wavefront correction techniques of vortex beams

  • 1.

    School of Opto-Electronics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China

  • 摘要: 涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束，其特点是其光强分布为环形，携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数，同时不同角量子数的光束之间相互正交，因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空间传输时会受到大气湍流的影响，进而产生波前畸变，因此需要采用自适应波前校正技术对畸变后的光束进行校正。文中对现有的涡旋光束波前校正技术进行了概述，重点介绍了笔者课题组提出的应用GS相位恢复算法和高斯光束探针相结合对涡旋光束波前畸变校正的技术及应用SPGD算法和泽尼克多项式对涡旋光束波前畸变校正的研究工作。
    Abstract: Vortex beam is a new kind of beams with helical wavefront. It has an annular intensity distribution,and with orbital angular momentum(OAM) related to the helical wavefront. The OAM state of a vortex beam can be any integer, and vortex beams with different OAM states are mutually orthogonal, which indicates the potential of enlarging the capacity of optical communications. However, when a vortex beam propagates in free space, its wavefront will be distorted by the turbulence of the atmosphere. It is necessary to study how to compensate the wavefront distortion by using adaptive optics system. In this paper, some adaptive optics correction approaches were summarized. Moreover, schemes of correcting distorted vortex beams, which were proposed by our group, were introduced. One scheme was the pre-compensation method by using the GS algorithm and a Gaussian probe beam. The other one was a phase correction method by using a Zernike polynomials-based SPGD algorithm.
  • [1] Allen L, Beijersbergen M W, Spreeuw R J C, et al. Orbital angular momentum of light and transformation of Laguerre-Gaussian laser modes[J]. Phys Rev A, 1992, 45:8185-8189.
    [2] Wang J, Yang J Y, Fazal I M, et al. Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing[J]. Nature Photonics, 2012, 6:488-496.
    [3] Willner A E, Huang H, Yan Y, et al. Optical communications using orbital angular momentum beams[J].Advances in Optics and Photonics, 2015, 7(1):66-106.
    [4] Ren Yongxiong, Huang Hao, Xie Guodong, et al. Atmospheric turbulence effects on the performance of a free space optical link employing orbital angular momentum multiplexing[J]. Opt Lett, 2013, 38:4062-4065.
    [5] Malik Mehul, Sullivan Malcolm, Rodenburg Brandon, et al. Influence of atmospheric turbulence on optical communications using orbital angular momentum for encoding[J]. Opt Express, 2012, 20:13195-13200.
    [6] Ren Yongxiong, Xie Guodong, Huang Hao, et al. Adaptive optics compensation of multiple orbital angular momentum beams propagating through emulated atmospheric turbulence[J]. Opt Lett, 2014, 39:2845-2848.
    [7] Li Shuhui, Wang Jian. Compensation of a distorted N-fold orbital angular momentum multicasting link using adaptive optics[J]. Opt Lett, 2016, 41(7):1482-1485.
    [8] Gerchberg R W, Saxton W O. A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures[J]. Optik, 1972, 35(2):237-250.
    [9] Ren Yongxiong, Huang Hao, Yang Jengyuan, et al. Correction of phase distortion of an OAM mode using GS algorithm based phase retrieval[C]//Conference on Lasers and Electro-Optics, 2012:1-2.
    [10] Zhao S M, Leach J, Gong L Y, et al. Aberration corrections for free-space optical communications in atmosphere turbulence using orbital angular momentum states[J]. Opt Express, 2012, 20(1):452-461.
    [11] Huang Hao, Ren Yongxiong, Yan Yan, et al. Phase-shift interference-based wavefront characterization for orbital angular momentum modes[J]. Opt Lett, 2013, 38:2348-2350.
    [12] Xie Guodong, Ren Yongxiong, Huang Hao, et al. Phase correction for a distorted orbital angular momentum beam using a zernike polynomials-based stochastic-parallel-gradient-descent algorithm[J]. Opt Lett, 2015, 40:1197-1200.
    [13] Xie Guodong, Ren Yongxiong, Huang Hao, et al. Experiment turbulence compensation of 50-Gbaud/s Orbital-Angular-Momentum QPSK signals using intensity-only based SPGD algorithm[C]//Optical Fiber Communication Conference, 2014.
    [14] Huang Hao, Cao Yinwen, Xie Guodong, et al. Crosstalk mitigation in a free-space orbital angular momentum multiplexed communication link using 44 MIMO equalization[J]. Opt Lett, 2014, 39(15):4360-4363.
    [15] Fu Shiyao, Zhang Shiun, Wang Tonglu, et al. Pre-turbulence compensation of orbital angular momentum beams based on a probe and the Gerchberg-Saxton algorithm[J]. Opt Lett,2016, 41(14):3185-3188.
    [16] Noll R J. Zernike polynomials and atmospheric turbulence[J]. J Opt SocAm, 1976, 66(3):207-211.
    [17] Nicolas Roddier. Atmospheric wavefront simulation using Zernike polynomials[J]. Opt Eng, 1990, 29(10):1174-1180.
    [18] Zhang Huimin, Li Xinyang. Numerical simulation of wavefront phase screen distorted by atmospheric turbulence[J]. Opto-Electronic Engineering, 2006, 33(1):14-19. (in Chinese)张慧敏, 李新阳. 大气湍流畸变相位屏的数值模拟方法研究[J]. 光电工程, 2006, 33(1):14-19.
  • [1] 赵辉, 吕典楷, 安静, 邝凯达, 余孟洁, 张天骐.  空间光波前畸变校正中的元启发式SPGD算法 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210759-1-20210759-11. doi: 10.3788/IRLA20210759
    [2] 赵辉, 邝凯达, 吕典楷, 余孟洁, 安静, 张天骐.  空间光波前畸变校正中SPGD方法的自适应优化 . 红外与激光工程, 2022, 51(8): 20210697-1-20210697-8. doi: 10.3788/IRLA20210697
    [3] 王佳琦, 付时尧, 李浪, 郭盈池, 李晨, 高春清.  采用深度学习校正畸变涡旋光束的方法综述(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20220221-1-20220221-11. doi: 10.3788/IRLA20220221
    [4] 王琛, 任元, 吴昊, 邱松.  涡旋光束制备及其在惯性测量领域的研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20200463-1-20200463-15. doi: 10.3788/IRLA20200463
    [5] 詹海潮, 王乐, 彭秦, 王文鼐, 赵生妹.  涡旋光束的自适应光学波前校正技术研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20210428-1-20210428-10. doi: 10.3788/IRLA20210428
    [6] 高泽宇, 李新阳, 叶红卫.  流场测速中基于深度卷积神经网络的光学畸变校正技术 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200267-1-20200267-10. doi: 10.3788/IRLA20200267
    [7] 范文强, 王志臣, 陈宝刚, 陈涛, 安其昌.  自适应光学相干层析在视网膜高分辨成像中的应用 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200333-1-20200333-13. doi: 10.3788/IRLA20200333
    [8] 方舟, 徐项项, 李鑫, 刘金龙, 杨慧珍, 龚成龙.  自适应增益的SPGD算法 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200274-1-20200274-7. doi: 10.3788/IRLA20200274
    [9] 郭广明.  基于流动控制的超声速混合层气动光学效应校正方法研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 809001-0809001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0809001
    [10] 罗瑞耀, 王红岩, 宁禹, 丁枫, 万国新, 许晓军.  基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1111003-1111003(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1111003
    [11] 马学, 李琦, 鲁建业.  太赫兹高斯光束整形环形光束 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 525002-0525002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0525002
    [12] 杨慧珍, 王斌, 刘瑞明, 马良.  模型式无波前探测自适应光学系统抗噪能力分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 817002-0817002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0817002
    [13] 杨萍, 宋宏, 楼利旋, 刘腾君, 张嘉恒, 王杭州, 詹舒越, 黄慧, 穆全全, 杨文静.  盐水和沙子上方传输激光束波前畸变校正的对比研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 432001-0432001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0432001
    [14] 闫伟, 陈志华, 杜太焦, 关奇.  基于相关波前探测算法校正热晕的数值模拟 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1032001-1032001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1032001
    [15] 毛珩, Tao Louis, 陈良怡.  自适应光学技术在深层动态荧光显微成像中的应用和发展 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 602001-0602001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0602001
    [16] 陈波, 杨靖, 李新阳, 杨旭, 李小阳.  相干光照明主动成像波前畸变的数字式快速校正 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 732001-0732001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0732001
    [17] 杨慧珍, 刘荣, 刘强.  基于变形镜本征模的模型式无波前探测自适应光学系统 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3639-3644.
    [18] 李枫, 耿超, 李新阳, 罗文, 邱琪.  基于SPGD算法的自适应光纤耦合器阵列技术研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2156-2161.
    [19] 朱艳英, 姚文颖, 李云涛, 魏勇, 王锁明.  计算全息法产生涡旋光束的实验 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3907-3911.
    [20] 韩立强, 王志斌.  自适应光学校正下空间光通信的光纤耦合效率及斯特列尔比 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 125-129.
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  639
  • HTML全文浏览量:  104
  • PDF下载量:  429
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-05
  • 修回日期:  2016-07-10
  • 刊出日期:  2017-02-25

涡旋光束的自适应光学波前校正技术

doi: 10.3788/IRLA201746.0201001
  • 1. 北京理工大学光电学院,北京 100081
    • 作者简介:

    高春清(1967-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事新型激光器件与技术,光电子信息技术与系统等方面的研究。Email:gao@bit.edu.cn

  • 收稿日期: 2016-06-05
  • 修回日期: 2016-07-10
  • 刊出日期: 2017-02-25
基金项目:

973计划（2014CB340004）

  • 中图分类号: O436

摘要: 涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束，其特点是其光强分布为环形，携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数，同时不同角量子数的光束之间相互正交，因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空间传输时会受到大气湍流的影响，进而产生波前畸变，因此需要采用自适应波前校正技术对畸变后的光束进行校正。文中对现有的涡旋光束波前校正技术进行了概述，重点介绍了笔者课题组提出的应用GS相位恢复算法和高斯光束探针相结合对涡旋光束波前畸变校正的技术及应用SPGD算法和泽尼克多项式对涡旋光束波前畸变校正的研究工作。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (18)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 2019 《红外与激光工程》编辑部｜ 地址: 天津市空港经济区中环西路58号｜ 邮政编码: 300308

    津ICP备19007885号-1

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计