大气湍流中贝塞尔-高斯涡旋光束传播性能分析

发布时间：2018-08-12 20:49

【摘要】：为了研究涡旋光束在湍流大气中的传输特性,根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法,对贝塞尔-高斯光束在大气湍流中的传输过程进行了理论分析和数值仿真;采用次谐波补偿法产生随机相位屏来模拟大气湍流,解决了大气湍流模拟时存在低频成分不足的问题。结果表明,除了湍流强度外,传输距离、拓扑荷数、激光波长等也成为影响贝塞尔-高斯涡旋光束质量的主要因素;湍流越强,光束的环形光强越弱,相位畸变越严重,光强起伏越明显,且逐渐退化为普通高斯光束;随着传输距离的增加,涡旋光束扩散现象明显,最终退化为普通高斯光束;波长越长,则涡旋光束抑制湍流能力越强,环形光强越强,相位畸变程度会得到逐步改善;拓扑荷数越小,涡旋光束会最先退化为普通高斯光束,相位畸变程度越弱。该结果对于研究涡旋光束在自由空间光通信中的传输是有帮助的。
[Abstract]:Based on the generalized Huygens-Fresnel principle, the power spectrum inversion method based on fast Fourier transform is used to study the propagation characteristics of vortex beams in turbulent atmosphere. The propagation process of Bessel-Gaussian beam in atmospheric turbulence is theoretically analyzed and numerically simulated, and the random phase screen generated by subharmonic compensation method is used to simulate atmospheric turbulence. The problem of low frequency components in atmospheric turbulence simulation is solved. The results show that in addition to turbulence intensity, propagation distance, topological charge number and laser wavelength are also the main factors affecting the quality of Bezier-Gaussian vortex beam, the stronger the turbulence is, the weaker the ring intensity of the beam is and the more serious the phase distortion is. With the increase of propagation distance, the diffusion of vortex beam becomes obvious and eventually degenerates to ordinary Gao Si beam. The longer the wavelength is, the stronger the inhibition ability of vortex beam is. The stronger the ring intensity is, the better the phase distortion will be, and the smaller the topological charge, the more the vortex beam will degenerate to the ordinary Gao Si beam, and the weaker the phase distortion will be. The results are helpful for studying the propagation of vortex beams in free space optical communication.
【作者单位】：西安电子科技大学通信工程学院;西安电子科技大学物理与光电工程学院;
【分类号】：TN929.12

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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