汉克-贝塞尔光束在海洋湍流信道中的螺旋相位谱分析

携带轨道角动量的汉克-贝塞尔(Hankel-Bessel,HB)光束具有无衍射和自聚焦特性,用来作为信息传输的载体有望增大信息传输容量.基于Rytov近似理论,推导得到了HB涡旋光束经过海洋水平弱湍流信道后的螺旋相位谱的解析表达式,并利用数值仿真方法研究了海洋湍流参数对轨道角动量模式探测概率的影响.结果表明,海洋湍流导致发射轨道角动量模式的探测概率下降,出现模式串扰和螺旋相位谱扩展.海洋湍流对HB涡旋光束的负面影响随着轨道角动量模式数、传输距离、温度方差耗散率的增加而增强,随湍流动能耗散率的增加而减弱.HB涡旋光束受以盐度波动驱动的海洋湍流的负面影响更大.另外,在弱湍流及几十米传输距离条件下,HB涡旋光束的传输性能要差于最佳束腰大小设置的拉盖尔-高斯涡旋光束.这些结果有望为海洋环境水下光通信链路的实现提供一定的参考价值.

汉克-贝塞尔光束在各向异性海洋湍流中轨道角动量传输特性分析

基于Rytov近似理论,分析了各向异性海洋湍流中汉克-贝塞尔(HB)光束的交叉谱密度,研究了轨道角动量(OAM)模式探测概率、串扰概率及HB光束的螺旋相位谱,建立了各向异性海洋湍流中OAM模式探测概率模型。结果表明,HB光束在各向异性海洋湍流环境中发射OAM模式的探测概率高于在各向同性海洋湍流环境中的探测概率。并且随着各向异性因子的增大,海洋湍流对发射OAM模式探测概率的影响减小,串扰模式的探测概率也随之下降。