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随着光通信技术的发展,人们已经不满足于现有的频谱资源,因此越来越多的人在寻找一种全新的能够实现传输密度进一步提高的信息传输载体。通过近些年对光子角动量极化的研究,发现其可被用于光粒子的操控、量子信息和图像处理等方面,在传输容量方面也具有非常大的优点。本论文从理论研究与实验仿真入手,分析了各种光子角动量极化的产生与检测方法,并在其运用的不同场景下对不同产生检测方法的历史发展进行了比较分析。主要内容包括:1.从光子角动量极化的产生与检测方法入手,分别对光子角动量极化的产生方法:螺旋相位片法、模式转换法、计算全息法;检测方法:干涉仪法、全息图法、坐标变换法进行了比较深入的探索。针对不同产生与检测方法在实现原理、构造方式、理论推导等方面开展了研究,并对不同方法的应用性能进行了比较。2.分析利用光信号的不同参量,采用频率、振幅、相位等因素相结合的方式构成新型超正交调制格式。描述了超正交调制信号在接收端的接收解调问题。从APol、16QAM和CSRZ_FSK三种调制方式的解调原理入手,探究了超正交调制信号通过每次调制时的电流情况,并且分析对比了两种FSK解调方式。3.针对光子角动量极化的两种不同运用方法与传统的超正交调制格式进行比较,分析使用光子角动量极化进行编码(OAM键控),将光子角动量极化作为通信载波(OAM作为复用信道)这两种方法,描述了两种不同光子角动量极化在信息传输中的运用方式。4.根据光子角动量极化的复用调制,在实验仿真中构造出拉盖尔高斯光束,产生具有整数级拓扑荷值的光子角动量极化的光束,并且完成对信息的载入。将构造的具有不同拓扑荷值光子角动量极化光束复用后结合偏振复用实现对信息链路的超正交调制,并且在接收端利用光子角动量极化的正交性解复用,得到每个拓扑荷值对应的具有光子角动量极化光束携带的信息。利用误码率这一指标对每条信道的解调信息进行描述。5.在整数级拓扑荷值光子角动量极化的基础上设计一种构造方式得到拓扑荷值为非整数的光子角动量极化光束。在此基础上,实现对这种光子角动量极化光束信息的载入。探讨这种情况下构成系数、古依相位等值对系统的影响。完成仿真实现两种不同分数级光子角动量极化对信息的复用传输并解调。6.仿真结果表明,通过利用光子角动量极化这一全新自由度的信息调制解调方式,可以全方位提高光通信链路的传输速率与传输容量。