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空心高斯涡旋光束在各向异性non-Kolmogorov大气湍流的光强分布

Intensity distribution of hollow Gaussian vortex beams in anisotropic non-Kolmogorov atmospheric
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摘要 为了分析大气湍流对空心涡旋光束传输光强的影响,基于广义惠更斯-菲涅尔原理和Rytov相位结构函数近似,利用各向异性大气non-Kolmogorov湍流谱模型,推导出空心高斯涡旋(HGV)光束在各向异性大气湍流中的传输光强解析式,数值模拟分析了传输距离、湍流参数和光束参数对光强分布的影响。研究结果表明:随着传输距离增大,HGV光束的传输光强将由空心分布逐步演化为高斯分布,且拓扑荷数越大、束腰半径越小、波长越长的HGV光束的光强受各向异性大气湍流影响越小;当湍流的各向异性系数、广义指数和内尺度越大,以及外尺度与结构常数越小时,HGV光束的传输光强随传输距离的演化会减慢,表明HGV光束在较弱的各向异性non-Kolmogorov大气湍流中传输时光强分布受到湍流的影响较小。 In order to analyse the influence of atmospheric turbulence on the propagation intensity of hollow vortex beams,based on the extended Huygens-Fresnel principle and the approximation of Rytov phase structure function,the analytical expression of propagation intensity for Hollow Gaussian vortex(HGV)beams through anisotropic non-Kolmogorov turbulence is derived by using anisotropic non-Kolmogorov turbulence spectrum model.By numerical simulation,the effects of propagation distance,turbulence parameters and beam parameters on the intensity distribution are analysed.The results indicate that the intensity of the HGV beams will gradually evolve from hollow to Gaussian distribution with the increasing propagation distance,and the larger topological charge,the smaller waist width and the longer wavelength,the smaller the intensity evolution of the HGV beams is affected by anisotropic atmospheric turbulence.When the larger anisotropic turbulence coefficient,generalized exponent factor and inner scale are,and the smaller turbulence outer scale and structure constant are,the intensity evolution of the HGV beams will slow down with the increasing propagation distance,which indicates that the propagation intensity distribution of the HGV beams in the weaker anisotropic non-Kolmogorov atmospheric turbulence is less affected by the turbulence.
作者 王柯文 欧得柳 段志春 黄永平 WANG Ke-wen;OU De-liu;DUAN Zhi-chun;HUANG Yong-ping(School of Physics and Electronic Engineering,Yibin University,Yibin 644000,China)
出处 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期297-303,共7页 Journal of Optoelectronics·Laser
基金 国家自然科学基金项目(61775188) 四川省大学生创新创业项目(201610641062) 宜宾学院基金项目(2015QD12) 四川省高校应用型示范课和宜宾学院一流课《光学》课程建设资助项目。
关键词 光通信 空心高斯涡旋光束 各向异性non-Kolmogorov大气湍流 光强 光学涡旋 optics communication hollow Gaussian vortex(HGV)beams anisotropic non-Kolmogorov turbulence intensity optical vortex
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