基于反馈的波前整形技术研究

摘要

随着信息技术的高速发展，人们对通信容量的需求也随之增长。为了满足高容量的光通信需求，近年来，多模光纤成为了研究者们关注的热点。但是，光束在多模光纤内部传输时，由于不同模式之间传输路径不同，输出光束会产生一定的相位延迟，最终形成杂乱的散斑。受这个问题的限制，研究者们很难从多模光纤输出光场提取出有效信息。此外，激光通过散射介质后产生的散斑强度分布不均，背景噪声中的强光会掩盖携带有样品信息的弱光，这限制了激光在光学成像和传感等方面的运用。针对这两个问题，本文提出，基于反馈的波前整形技术有望通过对入射光波前的调制，实现对经散射介质传输后的出射光场的控制。本文利用Hadamard编码算法(Hadamard encoding algorithm, HEA)实现了1550nm激光经多模光纤的聚焦研究。同时，本文还利用改进后的HEA算法实现了散斑中强背景噪声的抑制。具体工作内容如下所示：　　1．在波前整形和HEA算法原理的基础上，利用MATLAB软件进行了散射光场聚焦的仿真。通过仿真验证了HEA算法实现光通过散射介质聚焦的可行性。并将HEA算法和分区算法(Partitioning algorithm, PA)以及遗传算法(genetic algorithm, GA)进行了仿真对比，证明了HEA算法具有更快的初始光强增长速度和更优的信噪比。　　2．实验验证了HEA算法可实现1550nm光经多模光纤实现聚焦，聚焦点的增强因子为690，达到了理论增强因子的86%。同时，1550nm光通过毛玻璃实现聚焦的实验得到了增强因子为620的聚焦点，达到了理论值的77.3%。毛玻璃实验充分验证了HEA算法的优越性能。　　3．对HEA算法进行改进，在理论和仿真上验证了HEA算法可用于散斑中眩光的抑制。仿真中，目标区域的光强经过56次迭代就下降到了初始光强的10-30。同时，将HEA算法与GA算法进行仿真对比，充分说明HEA算法具备更快的光强衰减速度和更好的抑制强背景噪声的能力。　　4．实验验证了HEA算法用于散射光场中抑制强背景噪声的可行性。通过实验对比HEA算法和GA算法用于强背景噪声抑制时的性能，充分证明了HEA算法的优越性。同时，实验中进一步验证了HEA具备良好的多点抑制能力，这对于提升散射介质后弱光成像具有非凡的意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2课题的研究现状与发展

1.3论文概要及章节介绍

第二章 光场调控技术研究的理论基础及主要器件介绍

2.1散射理论

2.2光学散斑

2.3激光光束经过散射介质的传输理论

2.4电耦合器件和液晶空间光调制器件介绍

2.5本章小结

第三章 基于Hadamard算法的散射光场聚焦研究

3.1理论分析

3.2数值模拟过程及结果分析

3.3实验探究及结果分析

3.4本章小结

第四章 基于Hadamard算法的散射光场强光抑制研究

4.1理论分析

4.2数值模拟过程及结果分析

4.3实验探究及结果分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士研究生学位期间发表论文情况：

攻读硕士研究生学位期间参加科研情况：

致谢