發(fā)布時間：2021-07-26 21:08

　　從拉蓋爾-高斯渦旋光束表達式出發(fā),基于瑞利衍射理論,通過研究渦旋光束在大氣湍流中傳輸時的旋轉相干函數(shù)的變化規(guī)律,總結了渦旋光束在大氣湍流中傳輸時各軌道角動量之間的串擾情況,使用了拓撲荷數(shù)探測概率描述串擾規(guī)律,并推導了拓撲荷數(shù)探測概率的解析表達式。研究了渦旋光束通過湍流后的拓撲荷數(shù)的分布情況,并將結果與渦旋光束通過大氣隨機相位屏的數(shù)值仿真結果進行了對比,給出了理論與仿真的拓撲荷數(shù)的探測概率隨湍流強度以及初始渦旋光束拓撲荷數(shù)大小的關系圖對比,驗證了推導的拓撲荷數(shù)探測概率解析表達式的正確性。通過該表達式可進一步研究大氣湍流與渦旋光束相互作用從而影響渦旋光束軌道角動量散射的本質(zhì),為渦旋光束的空間光通信中選擇合適的拓撲荷數(shù)間隔,以及在不同湍流強度下選擇合適束腰大小以減少串擾帶來的誤碼率提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：光電工程. 2020,47(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

渦旋光束拓撲荷數(shù)為3，大氣折射率結構常數(shù)Cn2=1×10-14 m-2/3時，渦旋光束在源平面處的光強分布(a)和相位分布(b)；通過大氣湍流后接受面上的光強分布(c)和相位分布(d);(e)數(shù)值計算的各拓撲荷數(shù)的探測概率；(f)采用式(16)計算的各拓撲荷數(shù)的理論探測概率

圖5畫出了當渦旋光束拓撲荷數(shù)為9時，大氣折射率結構常數(shù)nC2分別為1×10-1 4 m-2/3,5×10-1 4 m-2/3,1×10-1 3 m-2/3時仿真及理論計算的各拓撲荷數(shù)的平均探測概率。圖4 左列表示原始拓撲荷數(shù)為3時，不同湍流強度下渦旋光束傳輸40次后的各拓撲荷數(shù)的平均探測概率，右列表示相應拓撲荷數(shù)的平均探測概率和理論探測概率的對比。(a～b)大氣折射率結構常數(shù)為Cn2=1×10-14 m-2/3;(c～d)大氣折射率結構常數(shù)為Cn2=5×10-14 m-2/3;(e～f)大氣折射率結構常數(shù)為Cn2=1×10-13 m-2/3。

由于網(wǎng)格點取樣有限，這樣產(chǎn)生的大氣隨機相位屏丟失了低頻成分，于是采用文獻[29]方法補充低頻成分后即可得到圖1中的湍流屏?n。從源平面開始將相位屏作為附加相位作用于光場，光場再經(jīng)過一段z′=50 m的自由空間傳輸?shù)较乱粋�相位屏前的光場。自由空間的傳輸過程用菲涅爾衍射公式來描述[19]，根據(jù)傅里葉變換的性質(zhì)可知輸入場與菲涅爾積分公式exp[ik(x2+y2)/(2z′)]相卷積可得到輸出光場，于是可將此卷積過程通過傅里葉變換來實現(xiàn)：最后經(jīng)過20個相位屏與真空傳輸?shù)玫? km處接收面處光場E(x,y)，然后將該光場直接代入式(7)計算接收面處各拓撲荷數(shù)的探測概率。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]隨機并行梯度下降波前控制算法研究[D]. 彭浩.國防科學技術大學 2008



本文編號：3304378