| 杨春勇,张文,丁丽明,侯金,陈少平.大气湍流对拉盖尔-高斯光束传播质量的影响[J].光电子激光,2014,(11):2245~2251 |
| 大气湍流对拉盖尔-高斯光束传播质量的影响 |
| Effect of atmospheric turbulence on the Laguerre-Gaussian beams propagation |
| 投稿时间：2014-05-16 |
| DOI： |
| 中文关键词: 大气光学 轨道角动量(OAM) 傅里叶光学 拉盖尔- 高斯(LG)光束 |
| 英文关键词:atmospheric optics orbital angular momentum(OAM) Fourier optics Laguerre-Gaussian (LG) beam |
| 基金项目:国家自然科学基金(61002013、11147014)和湖北省自然科学基金(2014CFA051) 资助项目 (中南民族大学 电子信息工程学院,智能无线通信湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074) |
| 作者 | 单位 | | 杨春勇 | 中南民族大学 电子信息工程学院,智能无线通信湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074 | | 张文 | 中南民族大学 电子信息工程学院,智能无线通信湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074 | | 丁丽明 | 中南民族大学 电子信息工程学院,智能无线通信湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074 | | 侯金 | 中南民族大学 电子信息工程学院,智能无线通信湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074 | | 陈少平 | 中南民族大学 电子信息工程学院,智能无线通信湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074 |
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| 中文摘要: |
| 为了从系统的角度研究大气湍流对涡旋光束传播 质量的影响,根据广义惠更斯-菲涅尔积分和Kolmogorov湍流大气原理,利 用傅里叶光学分析方法和光束分步传播法对携带有轨道角动量(OAM)的 拉盖尔-高斯(LG)光束在湍流大气中的传播进行理论分析与数值仿真, 导出角谱形式的衍射模型及其对应的抽样限制条件。利用桶中功率(PIB,power in bucket)计算方法,分析湍流强度对不同OAM值的LG光束质量的 影响；引入高斯光束和点光源,对比评估典型光束的抗湍流能力。数值仿真结果表明:受大 气湍流影响,随着LG光束在湍流大气 中传播距离增加,光束会聚能力变弱有明显扩散；光束本身特有的环状光强分布及其相应的 相位分布都受到不同程度的破坏,损伤 程度与光束本身携带的OAM数有关；点光源对湍流的影响最为敏 感；高斯光束具有与小OAM值的LG光束相比拟的抗 湍流能力,且比大OAM数的LG光束有更强的抗湍流能力。 |
| 英文摘要: |
| In order to investigate the influence of atmospheric turbulence on the vortex beams propagation quality from the perspective of free space optical(FSO) communication system,based on extended Huygens-Fresnel integral and Kolmogorov theory of atmospheric turbulence,the propagation of LG beams wit h different values of orbital angular momentum (OAM) in atmospheric turbulence is numerically simulated by the Fourier optics and split-Step beam propagation method.The specific diffraction model which is described by angular spectrum and the corresponding sampling conditions are given.Power in bucket (PIB) is also introduced to a nalyze th e influence of turbulence.In addition, anti-turbulence ability is comparatively evaluated by introducing the Gaussian beam and the point light source.It is found that the atmospheric turbulence has a strong impact on the transmission properties of LG beams.With the extension of the distance,beam convergence becomes weak and diffus e,and the light intensity distribution ring and phase distribution of LG beams have suffered damage related to the O AM values.Moreover,through the comparison and analysis of PIB among several typical beams,the point light source is found to be the most sensitive to the effects of turbulence,and Gaussian beams and LG beams with smaller OAM value have similar anti-turbulence ability,furthermore, both of them outperform LG beams with larger OAM value. |
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