拉蓋爾-高斯光束湍流大氣傳播特性.pdf

1、近年來(lái)，軌道角動(dòng)量已成為自由空間光通信（free-space-optical-communication， FSO）領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)，并取得了較快進(jìn)展。利用OAM光束進(jìn)行信息交換、復(fù)用，并以此為基礎(chǔ)，與其他傳統(tǒng)復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，可大幅度提高光通信數(shù)據(jù)傳輸容量和光譜效率。然而OAM光束在大氣空間傳播時(shí)，由于湍流的作用，會(huì)引起一系列湍流效應(yīng)，如誤碼率增加、光強(qiáng)波動(dòng)以及FSO系統(tǒng)信道容量降低。因?yàn)槿我馔負(fù)浜绍壍澜莿?dòng)量的光束都可以通過(guò)具有螺旋相位

2、波前的拉蓋爾—高斯光束（LG）線性組合表示，因此對(duì)此類光束的研究可以歸為對(duì)LG光束的研究。本論文重點(diǎn)研究LG光束在大氣的傳播過(guò)程中特性變化情況，分析有無(wú)湍流的性能差異。
　　首先，基于傅里葉光學(xué)理論推導(dǎo)出渦旋光束的菲涅爾衍射積分的角譜形式；然后采用分諧波的方法改進(jìn)Monte-Carlo大氣相位屏；據(jù)此利用MATLAB工具對(duì)LG在湍流大氣中的傳播進(jìn)行建模分析，獲得其傳播特性。通過(guò)數(shù)值分析討論光束光強(qiáng)和相位分布與湍流、OAM值、距離之

3、間的關(guān)系，利用桶中功率（Power In Bucket，簡(jiǎn)稱PIB）評(píng)估LG光束與高斯光束、點(diǎn)光源三者的抗湍流能力，研究結(jié)果表明，LG光束在大氣湍流中的傳播特性與無(wú)湍流條件相比差異較大：在湍流中傳播時(shí)，當(dāng)增加LG光束的傳播距離，會(huì)降低光束的聚焦能力，光束有明顯擴(kuò)散；光束本身特有環(huán)狀光強(qiáng)分布和螺旋相位分布受湍流作用而發(fā)生嚴(yán)重畸變，畸變的程度與OAM值的大小、湍流強(qiáng)度、傳播距離均緊密相關(guān)。最后，通過(guò)對(duì)比PIB曲線，還發(fā)現(xiàn)攜帶不同OAM值的L