MATLAB光学涡旋的动态传输特性研究(2)
涡旋光束受到广泛关注的主要原因是它在大气通信系统表现出的巨大潜力。大气激光通信ALC(Atmosphere Laser Communication，)是指利用激光束作在大气中进行数据传输的技术[5]，ALC与目前普遍使用的微波通信相比，在发射天线、质量、功耗、体积上都有很大优势。尤其是平行性好有很强的抗干扰和保密能力；增益高可以提高数据率。星地之间的光通信则更加吸引人。然而，大气通信系统以大气为信道，必然要受到大气湍流的影响。由于重力和温度的关系，导致大气存在微弱的折射率起伏，引起传输光束的变化。产生光束漂移、光束谱移、光束扩展、光束偏振态变化、光束抖动、接收面上的能量重新分布、光束相干长度变化等效应[6-9]。由于传输距离很大，大气湍流的影响积累增强，不可忽略，使远程信息传输失真。有两种思路来应对大气湍流的干扰：其一，通过对穿过大气湍流后的光波进行纠正；第二，是研究光源和信道对光波传输的影响，即通过研究大气对光束传输的影响来选择合适的光源以及光源参数[10,11]。因此，研究涡旋光束在大气中的传播特性，对大气光通信系统的发展具有重要意义[12-17]。
1.2、研究进展前景
关于光波在湍流大气中的传输特性，其研究方向主要包括以下几个方面：强度闪烁、光束扩展、光束漂移以及激光通过强湍流区时产生的热晕现象等等，在闪烁方面，郭立新教授等人采用修正Rytov方法将经典Rytov方法扩展到了中等湍流和强湍流区域，并且利用斜程传输理论以及随高度变化的湍流大气结构常数模型，将水平传输过程中的修正Rytov方法扩展到了斜程传输中，从而得到了考虑内尺度的情况下波束以平面波和球面波形式入射时从弱起伏湍流区到强起伏湍流区，闪烁指数随斜程修正 Rytov方差的变化关系以及闪烁指数随天顶角等的变化规律；杨瑞科教授等人研究了近红外和可见光的斜程传输问题；吴振森教授等人研究了地空路径上平面波、球面波的闪烁指数问题，并进一步讨论了高斯波束的闪烁指数，另外在光束扩展方面，范承玉等人采用Mellin变换技术，得到了弱起伏条件下准直高斯波束的扩展半径表达式；RONALDL．FANTE给出了强湍流条件下下的扩展模型，并进一步计算了Gauss波束的扩展半径，而在光束漂移方面，早期的学者在研究漂移问题时都是基于射线光学理论，即利用这些理论在较长的传播路径上能给出一个比较准确的近似但是它并不能准确地得到漂移的大小，Richard J．Cook则利用Ehrenfest’s(埃伦费斯特)定理得出了弱起伏条件下非均匀湍流介质中波束的到达角起伏表达式，并且Kolmog-orov谱计算了在弱起伏条件下非均匀湍流介质中准直Gauss波束和聚焦波束的到达角偏移问题；张逸新教授等人利用实验参数，通过数值计算讨论了强、弱起伏区湍谱、光源空间相干程度、波长对漂移的影响问题，并分析、讨论了漂移起伏随传播距离增大、湍流强度增强所反映的变化现象等等[18-28]。
1.3、本文主要完成的工作
本文主要在理论和数值模拟两个方面对Laguerre-Gauss光束的传输特性进行了学习和了解。包括：
1）阅读了涡旋光束的相关文献，了解其传播特性；
2）了解大气湍流的形成原因，物理模型，以及大气湍流对光束传播的影响；
3）通过查阅到的Laguerre-Gauss光束的传播方程，对其传输特性进行直观的了解，并利用MATLAB软件对其传播过程进行模拟.
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