光学涡旋在随机不均匀介质中闪烁特性分析

本文主要探讨了在随机不均匀介质中，光学涡旋(Laguerre-Gaussian, LG)光束与非涡旋的甜甜圈孔和高斯光束的闪烁指数的比较分析。作者Valerii P. Aksenov和Valeriy V. Kolosov在V.E. Zuev大气光学研究所进行这项研究，该机构隶属于俄罗斯科学院西伯利亚分院。 首先，研究关注的是涡旋光束的LG模式，特别是最简单的LG10模式，其光束结构的特点是具有环形相位分布，这使得它们对大气湍流的影响有独特的响应。作者发现，当涡旋光束沿路径传播时，轴线上闪烁指数与路径上的湍流强度之间的关系呈现出一个单位阶跃特性。这意味着在特定的阈值湍流强度下，闪烁现象会突然显著增加。 对比之下，非涡旋的甜甜圈孔光束和高斯光束的行为则显示出显著差异。非涡旋光束的相位结构使得它们对湍流的影响可能更为平滑，闪烁指数的变化可能没有那么显著的台阶状。然而，尽管只计算了LG10模式的涡旋光束的闪烁指数，但研究结果具有普遍性，因为它们揭示了涡旋光束的基本闪烁性质，这些性质对于理解不同光束在复杂大气条件下的传输特性至关重要。 通过数值模拟和理论分析的结合，本文提供了深入理解光学涡旋在随机不均匀大气中如何影响图像质量的关键见解，这对于长距离光学通信、遥感和自由空间激光应用等领域具有实际意义。此外，这项研究的结果有助于优化设计抗闪烁系统，提高在恶劣大气条件下光束稳定性的技术。 这项工作不仅深化了我们对光学涡旋在大气扰动下行为的理解，也为改善相关设备的稳定性和数据传输质量提供了科学依据。