●前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 發射機 1
1.1.2 接收機 2
1.1.3 光學天線 2
1.1.4 空間光-光纖耦合的優點 4
1.2 無線光通信技術發展現狀 5
1.2.1 國外發展現狀 5
1.2.2 國內發展現狀 6
1.3 空間光-光纖耦合技術 7
1.3.1 國外研究進展 7
1.3.2 國內研究進展 10
1.4 空間光-光纖耦合 16
1.4.1 光學模式 17
1.4.2 阨米 -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 基本結構 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 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 自適應光學繫統誤差 71
3.3.1 標定誤差 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狀 75
3.4.2 非共光路像差的產生 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繫統誤碼率的影響 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 光纖耦合自動對準繫統 115
5.1 自動對準繫統 115
5.1.1 自動對準繫統原理 115
5.1.2 自動對準繫統組成 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 隨機並行梯度下降算法 120
5.2.5 隨機並行梯度下降算法不同參數仿真 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 實驗結果分析 134
參考文獻 137
第6章 模式轉換法 139
6.1 模式轉換的研究現狀 139
6.2 模式轉換基礎理論 140
6.3 空間相位調制模式轉換 143
6.3.1 模式轉換繫統模型 143
6.3.2 高階模到 LP01模式的轉換 145
6.3.3 轉換效率分析 146
6.4 模式轉換的改進 148
6.4.1 基於模擬退火算法的模式轉換 148
6.4.2 模式轉換效果比較 151
6.5 實驗研究 153
6.5.1 模式轉換實驗 153
6.5.2 耦合效率實驗 156
參考文獻 158
第7章 自適應光學波前校正 160
7.1 引言 160
7.2 繫統組成 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

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傳輸，有利於對光信號進行檢測、放大、處理、轉換與交換。《無線光通信中的空間光-光纖耦合技術》從電磁場的基本理論出發，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，分別對模式轉換法、透鏡偶合法、波前畸變修正法等空間光-光纖耦合技術進行詳細介紹，並通過實驗對其涉及的關鍵技術進行驗證。