從拉蓋爾-高斯渦旋光束表達(dá)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(shí)的旋轉(zhuǎn)相干函數(shù)的變化規(guī)律,總結(jié)了渦旋光束在大氣湍流中傳輸時(shí)各軌道角動量之間的串?dāng)_情況,使用了拓?fù)浜蓴?shù)探測概率描述串?dāng)_規(guī)律,并推導(dǎo)了拓?fù)浜蓴?shù)探測概率的解析表達(dá)式。研究了渦旋光束通過湍流后的拓?fù)浜蓴?shù)的分布情況,并將結(jié)果與渦旋光束通過大氣隨機(jī)相位屏的數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行了對比,給出了理論與仿真的拓?fù)浜蓴?shù)的探測概率隨湍流強(qiáng)度以及初始渦旋光束拓?fù)浜蓴?shù)大小的關(guān)系圖對比,驗(yàn)證了推導(dǎo)的拓?fù)浜蓴?shù)探測概率解析表達(dá)式的正確性。通過該表達(dá)式可進(jìn)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?fù)浜蓴?shù)間隔,以及在不同湍流強(qiáng)度下選擇合適束腰大小以減少串?dāng)_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?fù)浜蓴?shù)為3，大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2=1×10-14 m-2/3時(shí)，渦旋光束在源平面處的光強(qiáng)分布(a)和相位分布(b)；通過大氣湍流后接受面上的光強(qiáng)分布(c)和相位分布(d);(e)數(shù)值計(jì)算的各拓?fù)浜蓴?shù)的探測概率；(f)采用式(16)計(jì)算的各拓?fù)浜蓴?shù)的理論探測概率

圖5畫出了當(dāng)渦旋光束拓?fù)浜蓴?shù)為9時(shí)，大氣折射率結(jié)構(gòu)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(shí)仿真及理論計(jì)算的各拓?fù)浜蓴?shù)的平均探測概率。圖4 左列表示原始拓?fù)浜蓴?shù)為3時(shí)，不同湍流強(qiáng)度下渦旋光束傳輸40次后的各拓?fù)浜蓴?shù)的平均探測概率，右列表示相應(yīng)拓?fù)浜蓴?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(jié)構(gòu)常數(shù)為Cn2=1×10-14 m-2/3;(c～d)大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)為Cn2=5×10-14 m-2/3;(e～f)大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)為Cn2=1×10-13 m-2/3。

由于網(wǎng)格點(diǎn)取樣有限，這樣產(chǎn)生的大氣隨機(jī)相位屏丟失了低頻成分，于是采用文獻(xiàn)[29]方法補(bǔ)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�(gè)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(shí)現(xiàn)：最后經(jīng)過20個(gè)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(jì)算接收面處各拓?fù)浜蓴?shù)的探測概率。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]部分相干光束經(jīng)過湍流大氣傳輸研究進(jìn)展[J]. 王飛,余佳益,劉顯龍,蔡陽健.  物理學(xué)報(bào). 2018(18)
[2]部分相干離軸渦旋光束在大氣湍流中的光強(qiáng)分布[J]. 柯熙政,王超珍.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(01)
[3]部分相干渦旋光束在大氣湍流中傳輸時(shí)的光強(qiáng)分布[J]. 柯熙政,王超珍.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2016(11)
[4]大氣湍流對軌道角動量態(tài)復(fù)用系統(tǒng)通信性能的影響[J]. 鄒麗,趙生妹,王樂.  光子學(xué)報(bào). 2014(09)
[5]部分相干貝塞爾高斯光束在非柯爾莫哥諾夫湍流中的傳輸特性[J]. 江月松,張新崗,王帥會,歐軍,唐華.  光子學(xué)報(bào). 2014(01)
[6]渦旋光束在中強(qiáng)度湍流大氣中的傳輸特性[J]. 黎芳.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2013(07)
[7]高階貝塞爾高斯光束在非柯爾莫哥諾夫大氣中的傳輸特性[J]. 陳斐楠,陳晶晶,趙琦,陳延如,王勇清,辛煜.  中國激光. 2012(09)
[8]整數(shù)與分?jǐn)?shù)階渦旋光束相位奇點(diǎn)的穩(wěn)定性分析[J]. 丁攀峰.  華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(05)
[9]拉蓋爾-高斯光束在湍流大氣中的螺旋譜特性[J]. 黎芳,唐華,江月松,歐軍.  物理學(xué)報(bào). 2011(01)
[10]具軌道角動量光束用于光通信編碼及解碼研究[J]. 呂宏,柯熙政.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2009(02)

碩士論文
[1]隨機(jī)并行梯度下降波前控制算法研究[D]. 彭浩.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008



本文編號：3304378