无线光通信系统的传输容量已趋于香农极限，而轨道角动量（OAM）这种新的横向空间维度资源的出现，可以成倍提高无线光通信网络容量和频谱效率。采用OAM相关技术可以为未来实现超高速大容量的跨场景光通信提供潜在方案。本文在对比总结了国内外OAM相关研究成果的基础上，介绍了西安理工大学在无线光通信领域中OAM技术的研究工作，主要分为OAM光束的空间产生、传输特性、分离检测、应用等方面。最后，展望了OAM技术在无线光通信领域未来的发展趋势及前景，这为后续研究者们在该领域的探索提供了新的思路和参考价值。

激光在热弹效应下激发出的声表面波，在柱状材料表面传播过程中发生相移现象。通过有限元方法对铝材圆柱中表面波相位变化规律以及表面波与缺陷作用机理进行数值模拟。数值研究表明: 激光产生的表面波负相位最强，传播过程中负相位向正相位移动，相位差逐渐减小，180°左右正负相位强度大致相等，之后正相位继续增强、负相位持续减弱，并且沿圆周每传播一周，其相位发生一次翻转，缺陷产生的表面反射波有同样的相位变化现象；通过B扫图发现RRcw随缺陷角度增大变得模糊，RRccw随缺陷角度增大变得明显。说明反射波产生时间的长短与受干扰程度成正比，针对柱状材料表面缺陷提出了合理的检测范围；对不同深度缺陷数值模拟发现，深度变化使得P波峰在接收时间上发生延迟，推测P波峰传播路径并提出相应公式进行证明，计算结果与模拟结果吻合度较高，可通过此公式定量缺陷深度信息。以上研究结果为超声波检测柱状材料表面缺陷提供了有效参考。

当飞行器以超高速返回大气层时，飞行器表面的空气发生电离，形成严重阻碍地面与飞行器之间通信的等离子鞘层。针对再入飞行器表面的等离子鞘层的特性，建立了具有非均匀电子密度和非均匀电子碰撞频率的等离子鞘层模型。基于非均匀介质的等效波阻抗思想，探讨了太赫兹波在具有不同分布特性的等离子体鞘层中的传播规律，研究了左右两种极化方式的太赫兹波在等离子体鞘层中的传播特性受不同因素的影响。研究发现太赫兹波在等离子体鞘层中的相移特性主要受入射角影响，且与波所处的位置和波的频率有关，与波的极化方式无关，相移特性呈周期性变化。左右两种极化方式的太赫兹波的传播特性在低频范围内受相同因素影响的差异较大，随着传输频率的升高，两种极化方式的传播特性逐渐趋于一致。

为解决再入过程中的黑障问题, 在前期磁窗天线增强等离子体透波特性研究基础上, 开展了外加电磁窗影响研究, 磁体为钕铁硼, 外加电压为100 V。利用不同飞行高度下的流场数据, 对不加电磁场、外加磁场和外加正交电场与磁场影响下的流场进行数值模拟, 对比不同参数设置下天线窗口处的电子密度和电磁波衰减常数, 分析了再入飞行器的飞行高度、天线窗位置、电磁波频率、电子密度和碰撞频率等参数对电磁窗天线性能的影响。从分析结果可以看出, 外加正交电场与磁场对于减缓再入过程中黑障的效果优于仅外加磁场, 通过合理选择电磁窗的工作状态和参数可以改变等离子体的分布特性和介电参数, 能够有效地增强电磁波在等离子体鞘套中的传输, 为解决和减缓通信中断问题提供了一种可能的途径。

为了研究单轴旋转惯导系统的高度通道误差抑制方法, 首先分析了纯惯导高度通道的稳定性, 并通过比力方程建立了误差模型。然后推导了单轴旋转惯导系统的高度通道误差方程, 分析了抑制高度通道误差发散的条件, 得出在旋转轴处于水平状态时可以极大地抑制高度通道误差的结论。最后, 在三轴加速度计存在零偏的情况下, 对惯导系统的高度通道误差进行仿真。理论分析与仿真结果均表明旋转轴处于水平状态时可以有效抑制高度通道误差。

覆盖于高温目标表面的光子晶体红外涂层可实现对目标红外辐射的抑制，而太赫兹波所具有的强穿透特性使其对该类目标的探测成为可能。以相关文献中设计的光子晶体涂层为例，采用特征矩阵理论对0.3~3 THz频率范围内的太赫兹波在该类涂层中的传输特性进行理论计算和分析，重点研究了不同入射角度的太赫兹波在该类涂层中的传输特性。研究发现，上述太赫兹波段处于光子晶体的带隙之外，0.3~0.5 THz频率范围内的太赫兹波对该类红外涂层具有较强的穿透特性，其光谱透过率大于90%；而在2.4~3 THz范围内，其在涂层上具有较强的反射，且整个波段内的吸收率小于0.2%。当入射角小于60°时，其对太赫兹波的传输特性影响较小；进一步增大入射角，其透过率逐渐降低，而反射率逐渐增大。研究结果证明了利用太赫兹波进行涂层覆盖目标探测的可行性，有望利用太赫兹雷达探测弥补红外探测系统的不足。

涡旋光束携带的轨道角动量可以传递给粒子实现对粒子的微操控, 利用轨道角动量可以对信息进行编码实现自由空间光通信, 因而涡旋光的传输特性成为了近年来的研究热点。根据ABCD光学矩阵原理对双涡旋光束的光强表达式进行了推导, 利用MATLAB软件对内外环拓扑荷值为整数且保持不变的双涡旋光束传输特性进行了仿真研究。实验结果表明, 传输过程中光斑中心的暗核能够完整地保留下来, 且不会影响涡旋光束的轨道角动量。这表明双涡旋光束在传输过程中具有稳定性, 适用于自由空间的光学通信系统。

为了探讨超短光脉冲在分布式光纤放大器中的传输放大特性及影响因素, 建立了光脉冲在光纤放大器中的基本传输方程, 以掺镱光纤放大器为例, 采用分步傅里叶变换法对放大器中光脉冲的演变进行了模拟, 讨论了初始啁啾和增益色散的影响。结果表明, 当光脉冲在分布式光纤放大器中传输时, 光纤的色散、非线性效应均会影响脉冲的形状和频谱, 光脉冲初始啁啾也会对脉冲的传输状态产生影响; 对于宽频谱光脉冲, 增益色散相当于一种损耗机制, 应该考虑其影响。相关结果对光纤放大器的系统设计和优化具有一定的参考价值。

演绎了新式步长设置的极坐标系傍轴有限差分光束传播法(FD-BPM)理论,提出一种变换极坐标系FD-BPM思想,使精度更高,计算和分析更简便。基于这些工作,对严格圆弧形二维波导的传输特性进行了综合分析,指出光波在具有相同物理特性、不同曲率半径的波导中传输时,其导模能量与输入能量的比值存在一个极限值,不同波长的光在相同物理结构的波导中传输时,短波比长波更易于形成稳定的导模且损耗小。对S形和C形弯曲的波导计算分析发现:切变损耗的存在使S形波导比相同参数的C形波导导光性能更差,但随着曲率半径的增大,这一差距逐渐缩小,同时指出了不同曲率半径的波导相互连接呈S形或C形时的一些传输规律。对透明边界条件(TBC)对于极坐标FD-BPM的适用性做了分析讨论,认为TBC在应用傍轴极坐标系FD-BPM分析严格圆弧形二维波导时是普遍适用的,不存在反射干扰。