大气湍流对涡旋光束轨道角动量谱的影响

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"Influences of atmospheric turbulence effects on the orbital angular momentum (OAM) spectra of vortex beams" 这篇研究探讨了大气湍流对不同类型涡旋光束(包括拉格朗日-高斯(LG)光束和贝塞尔光束)轨道角动量谱的影响。大气湍流是光学通信、激光传输等领域的一个重要问题,因为它会显著改变光束的传播特性,特别是对于携带轨道角动量的特殊光束。 首先,研究者通过数值模拟生成具有不同折射率结构常数的湍流全息图,以模拟不同强度的大气湍流条件。轨道角动量是描述光束旋转性质的物理量,它在量子光学、信息传输以及粒子操控等领域有广泛应用。 接着,他们分析了畸变的单模或复用LG光束以及贝塞尔光束的OAM谱。LG光束和贝塞尔光束都是涡旋光束的典型代表,但它们在大气中的行为有所不同。LG光束具有明确的环形光强分布,而贝塞尔光束则呈现无衍射的特性,即使在没有湍流的情况下也能保持较远距离的形状不变。 结果表明,与LG光束相比,贝塞尔光束的OAM谱更加分散,这意味着贝塞尔光束在经过大气湍流时受到的影响更大。这种现象可能归因于贝塞尔光束的内在结构使其对环境扰动更敏感。大气湍流会导致光束的传播路径发生随机变化,从而破坏光束的结构,尤其是对于依赖特定模式的OAM值。 这一研究的重要性在于,它为理解和优化大气湍流环境下的OAM光束传输提供了理论基础。对于利用OAM进行自由空间光通信或遥感等应用,理解并补偿大气湍流的影响至关重要。此外,这些发现也可能对天文学、遥感技术以及潜在的太空通信系统产生影响,因为这些领域同样需要考虑大气条件对光束传播的影响。 这项工作揭示了大气湍流对不同类型涡旋光束OAM谱的具体影响,为未来开发更稳定、抗干扰的光学通信系统提供了新的见解和设计依据。同时,这也为优化大气光学实验和实际应用中的光束传输策略提供了理论支持。