基于ATP的背景光消除技术研究

摘要

作为一种新型的无线宽带通信方式，无线激光通信在现代通信中占据了越来越重要的地位，有着广泛的应用前景。如何提高捕获、瞄准、跟踪(ATP)系统的精度来调整瞄准和跟踪捕获的光束就显得十分重要，位置敏感探测器(PSD)作为提高ATP系统精度的误差检测器件，其精度对ATP系统影响重大。由分析可知，若想提高PSD精度，首要的是对干扰PSD的背景光进行抑制。
　　表面等离子体激元（Surface plasmon polaritons， SPPs）是一种由金属表面的自由电子与入射光子碰撞，相互振荡后而被限制在沿金属表面传播的混合激发态的非辐射电磁波。在此过程中，自由电子只与在其共振频率相同的入射光波照射下相互耦合，并且吸收入射光绝大部分能量，这种对波长选择性可以运用在很多实际工作中。
　　本文首先简单介绍了激光通信的相关原理，叙述了ATP系统及PSD系统的基本理论，分类分析了背景光的种类及针对不同的背景光已有的背景光消除方法，理论上介绍了目前广泛用于分析SPPs场分布的时域有限差分（FDTD)数值模拟方法。
　　其次，以倏逝波理论为基础，综合阐述表面等离子体的基本理论，研究金属Drude模型、SPPs的色散关系和基本参数，介绍了SPPs的激发原理及相关性质。
　　最后，研究Kretschmann结构用于SPPs的激发机制，从反射率公式上，研究不同激发角度，材料选择和金属膜厚度等参数对激发效果的影响，总结了各参数的影响规律，并利用Matlab软件搜索出不同波长的最佳参数组合。
　　根据参数组合，利用Optic FDTD软件仿真Kretschmann结构，研究该结构中的SPPs激发过程并证明参数的正确性；根据分光原理不同，设计单结构和串联式滤波通道，分析了各自分光性能并比较两种器件的优缺点，最后对仿真中出现的问题进行分析。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 研究现状

1.4 研究内容

1.5 本文结构

第二章 无线光通信系统

2.1 无线光通信结构

2.2 主要激光器

2.3 ATP概述

本章小结

第三章 位置敏感探测器系统

3.1 系统工作原理

3.2 参数分析

3.3 背景光影响及消除方法

本章小结

第四章 Spps原理及FDTD介绍

4.1 表面等离子体波原理

4.2 特征参数

4.3 光频特性

4.4 时域有限差分法

本章小结

第五章 SPPs在PSD中消除背景光的应用

5.1 Kretschmann结构

5.2 参数分析

5.3 FDTD仿真及分析

5.4 消除背景光通道结构设计

本章小结

第六章 总结和展望

6.1 论文工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢