多层相位屏法下艾里涡旋光束在湍流中的漂移特性研究

本文主要探讨了艾里涡旋光束在大气湍流中的漂移特性，这是大气光学领域的一个关键问题，特别是在激光传输和光学系统设计中。通过采用多层相位屏法这一仿真技术，研究者深入研究了拓扑电荷(p)、涡旋核相对于光束中心的离轴距离(xd)和yd，以及湍流强度C2n对光束漂移的影响。 首先，拓扑电荷p是描述艾里涡旋光束的重要参数，它决定了光束的旋转性。对于不同的p值，涡旋光束的结构和稳定性会有所差异。研究发现，当传输距离增大时，拓扑电荷p对漂移的影响显著，随着p的增加，漂移量减小。这表明高阶拓扑电荷的光束可能具有更好的抵抗大气湍流干扰的能力。 其次，涡旋核的偏移(xd, yd)对漂移特性也有影响。在较短的传输距离下，这些偏移的影响相对较小，漂移量接近。然而，随着传输距离的增加，偏移距离的增大会导致漂移量的增加，这可能是因为偏离中心的涡旋核更容易受到湍流扰动。 此外，湍流强度C2n是大气中随机波动的重要参数，其值越大，大气扰动越强。研究结果显示，C2n的增大直接导致漂移量的增加，说明湍流对光束的稳定性有显著影响。在实际应用中，优化光束设计和选择适当的传输条件以减少湍流效应是至关重要的。 最后，文章还比较了单束艾里涡旋光束与阵列艾里涡旋光束的漂移特性。阵列光束通常具有分散效应，能够平均化局部的漂移，因此在相同的传输距离下，阵列艾里涡旋光束的漂移量通常小于单束光束。这种特性在需要高精度光束传输的应用中具有潜在优势。 本文的研究结果对于理解和控制艾里涡旋光束在大气湍流中的行为至关重要，对于提高光纤通信、激光雷达等领域的传输性能和稳定性提供了理论依据。通过调整拓扑电荷、优化光束结构和选择合适的传输条件，可以有效降低大气湍流带来的漂移影响，从而提升系统的整体性能。