艾里光束的光强闪烁分析与比较：Rytov方法与von Karman模型的应用

本文主要探讨了艾里光束在大气湍流条件下的光强闪烁现象。艾里光束，以其独特的空间频率结构，通常用于光束质量控制和光学传输中，其特性使其在复杂环境下具有优势。文章采用了Rytov方法作为理论基础，这是一种广泛应用于大气光学中的模型，用来描述光在大气湍流中的传播特性。 作者首先利用von Karman模型，这是一种描述大气湍流随机效应的常用模型，来分析艾里光束的光强分布。他们注意到接收器接收到的光强度在空间上存在不均匀性，这直接影响了光束的稳定性。因此，他们构建了一个艾里光束的面光强闪烁模型，以描述这种现象。通过数学推导，他们得到了艾里光束在大气湍流中面光强闪烁的表达式，这个表达式考虑了光束宽度、传播距离以及湍流的指数截断因子等关键参数。 研究结果显示，当光束宽度保持不变时，随着光束在大气中传播的距离增加，指数截断因子（一个衡量湍流强度的参数）越小，光强闪烁的程度就越低。具体来说，当传播距离达到3公里，且指数截断因子为0.2时，艾里光束的宽度大约为1.6厘米，此时光强闪烁表现得最为稳定。这表明艾里光束由于其结构上的优势，能在一定程度上抵抗大气湍流的影响，使得光强闪烁减小。 比较了光源强度和接收光强相同的条件下，艾里光束与传统的高斯光束之间的光强闪烁差异，结果显示艾里光束的光强闪烁明显小于高斯光束。这是因为艾里光束的空间频率分布不同于高斯光束的圆形对称性，使得其在湍流影响下更不容易发生光强的急剧变化，从而降低了闪烁效应。 总结来说，本文的研究深入剖析了艾里光束在大气湍流中的光强闪烁特性，这对于理解和优化光束在恶劣环境下的传输性能具有重要意义。这项工作不仅为设计和应用艾里光束提供了一种理论指导，也为未来在远程通信、遥感探测等领域提高信号稳定性和抗干扰能力提供了新的思路。