拉蓋爾-高斯光束湍流大氣傳播特性.pdf

1、近年來，軌道角動量已成為自由空間光通信（free-space-optical-communication， FSO）領域內(nèi)的研究熱點，并取得了較快進展。利用OAM光束進行信息交換、復用，并以此為基礎，與其他傳統(tǒng)復用技術相結(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，由于湍流的作用，會引起一系列湍流效應，如誤碼率增加、光強波動以及FSO系統(tǒng)信道容量降低。因為任意拓撲荷軌道角動量的光束都可以通過具有螺旋相位

2、波前的拉蓋爾—高斯光束（LG）線性組合表示，因此對此類光束的研究可以歸為對LG光束的研究。本論文重點研究LG光束在大氣的傳播過程中特性變化情況，分析有無湍流的性能差異。
　　首先，基于傅里葉光學理論推導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Monte-Carlo大氣相位屏；據(jù)此利用MATLAB工具對LG在湍流大氣中的傳播進行建模分析，獲得其傳播特性。通過數(shù)值分析討論光束光強和相位分布與湍流、OAM值、距離之

3、間的關系，利用桶中功率（Power In Bucket，簡稱PIB）評估LG光束與高斯光束、點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湍流條件相比差異較大：在湍流中傳播時，當增加LG光束的傳播距離，會降低光束的聚焦能力，光束有明顯擴散；光束本身特有環(huán)狀光強分布和螺旋相位分布受湍流作用而發(fā)生嚴重畸變，畸變的程度與OAM值的大小、湍流強度、傳播距離均緊密相關。最后，通過對比PIB曲線，還發(fā)現(xiàn)攜帶不同OAM值的L