优化透镜阵列：大气湍流中提升远距离空间光耦合效率的关键

本文主要探讨了在大气湍流环境下，透镜阵列在空间光到单模光纤耦合中的优势和效率提升方法。研究基于Von Karman折射率谱，这是一种广泛用于描述大气湍流强度随空间变化的模型。该工作首先对单透镜与同直径的透镜阵列在传输空间光到光纤时的耦合效率进行了比较，通过理论分析给出了相应的耦合效率表达式。 文章设计了一种小口径透镜阵列的结构，特别关注的是阵列中每个透镜的直径与空间相干半径的关系。研究发现，当每个透镜直径是空间相干半径的2到3倍时，这种结构对于远距离的自由空间光通信系统，在强湍流条件下表现出最佳的耦合效果。空间相干半径是衡量光波在大气湍流中保持相干传播的距离，较大的接收孔径有助于减少湍流引起的散射和失焦，从而提高光束的质量和传输效率。 通过理论分析与实验验证，文章得出结论：在通信距离足够远的情况下，透镜阵列的空间光耦合效果优于单透镜的等口径耦合。这对于未来在恶劣环境下的空间光学通信系统设计具有重要意义，因为高效率的耦合能力意味着更强的数据传输能力和更稳定的信号质量。 关键词方面，"自由空间光通信"强调了研究背景，"空间光耦合"则揭示了核心技术，"湍流"反映了研究环境的挑战，而"透镜阵列"则是解决这些挑战的关键手段。整体上，这篇文章提供了在大气湍流条件下提升空间光通信性能的重要理论支持和技术路径。