湍流大气中部分相干电磁涡旋光束的光谱特性分析

本文主要探讨了"部分相干的平顶涡旋电磁光束在湍流大气中传输时的光谱特性"这一主题，由两位作者王海燕和王海林进行深入研究。他们的工作基于广义的惠更斯-菲涅尔原理，这是一种用于描述光在复杂介质中传播的经典理论。研究对象是特定类型的光束——部分相干的随机电磁平顶涡旋光束，这种光束在激光空间通信和光束空间整形等领域具有潜在的应用价值。 文章首先从理论上推导出了电磁涡旋光束在湍流大气中的交叉谱密度矩阵的解析表达式，这是一个关键的数学工具，用于量化光束在传输过程中的光强度、偏振状态以及相干性随距离的变化。通过这个表达式，研究人员能够详细分析光束在不同湍流强度、涡旋光束的拓扑荷（即描述光束旋转性质的一个参数）、平顶光束的阶次（与光束的形状有关）以及光源处的束腰尺寸和相干特性等因素下的传输特性。 研究结果显示，当部分相干的随机电磁平顶涡旋光束穿越湍流大气时，光的光谱特性会发生显著变化，包括光谱密度、光谱偏振度和光谱相干度的分布。这些变化并非线性，而是经历了一系列阶段，最终趋向于高斯分布。这样的演化规律对于理解和预测实际通信中的信号衰减和畸变具有重要意义。 此外，文章还强调了这项研究在实际应用中的价值，特别是在激光空间通信系统中，了解光束在大气湍流中的传输特性可以帮助设计更有效的纠错编码策略，提高数据传输的稳定性。同时，对光谱特性的深入研究也为光束空间整形技术提供了理论依据，使得可能通过调整光束的结构来对抗大气扰动，从而实现更精确的光束控制。 总结来说，这篇首发论文通过对部分相干平顶涡旋电磁光束在湍流大气中传输的光谱特性进行详尽分析，不仅深化了我们对光在复杂环境下的传播理解，还为提升相关领域的技术实践提供了关键的科学支持。