Matlab涡旋光束在湍流大气中的传输特性模拟研究

本文主要通过理论推导和数值计算的方法对拉盖尔-高斯涡旋光束在湍流大气中的传输特性进行了研究。首先根据广义Huygens- Fresnel 原理，推导出了受发射圆孔限制的拉盖尔-高斯涡旋光束轴向光强的表达式。并用Matlab模拟得到了不同湍流强度、不同波长、不同发射圆孔孔径下轴上光强的分布。结果表明，轴上光强在近场发生振荡；在远场, 随着传输距离的增加, 光强振荡逐渐消失, 光强下降平稳；轴上光强大小与湍流强度有着密切的关系, 当湍流较弱时, 轴上光强大小变化较小,随着湍流强度的增加，光强大小的变化越剧烈；当发射光缆孔径较大时, 轴上光强最大值的位置较远；轴上光强与光束的波长和阶数同样有关，当光束的阶数较大或波长相对长时, 轴上光强相对较高。5398
关键词大气湍流拉盖尔-高斯涡旋光束光强
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Propagation properties of vortex beams in turbulent atmosphere
Abstract
This article has already conducted propagation properties of Laguerre-Gaussian vortex beams in turbulent atmosphere through the theoretical analysis and numerical method. First ,according to the Huygens- Fresnel principle , the axial light intensity distributions of the Laguerre-Gaussian vortex beams limited by a circular aperture in atmospheric turbulence were exported and the propagation characteristics under different intensity of turbulence and wavelength and aperture transmit were simulated used by Matlab. The results indicate the oscillation rises in the near-field; the oscillation dies out and the average intensity declines smooth with the increase of propagation distance in far-field. The value of axial intensity is accordance with the intensity of turbulence，as the turbulence is smaller, it changes smaller, when the turbulence is larger, it changes larger. When the optical cable aperture is larger,the position of the maximum value of the axial intensity is further. The axial intensity is also accordance with the rank and wavelength of the beams, it is higher as the wavelength or the rank of the beam is larger.
Keywords Atmospheric turbulence Laguerre-Gaussian vortex beams Light intensity
目次
1 绪论 1
1.1 引言1
1.2当前研究现状1
2 湍流大气4
2.1大气湍流的性质4
2.2大气湍流的研究手段5
2.3 大气湍流对激光传播的影响5
2.3.1光强闪烁5
2.3.2光束漂移7
2.3.3到达角起伏7
2.3.4相位起伏8
2.3.5光束扩展8
3 涡旋光束和光学涡旋 8
3.1涡旋光束介绍8
3.2光学涡旋 10
3.3涡旋光束的参数12
3.3.1涡旋光束的场分布12
3.3.2涡旋光束的光强13
4 大气湍流对受限拉盖尔-高斯光束轴上光强的影响13
4.1理论分析 13
4.2模拟结果 16
4.2.1不同发射孔径对轴上光强的影响 16
4.2.2不同阶数对轴上光强的影响 17
4.2.3 不同波长对轴上光强的影响 19
4.2.4 不同传输距离的轴上光强 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 引言
近几年，对于非高斯激光束在湍流大气中的传输的研究引起了研究人员极大的兴趣。特别是引起了新型激光束在光通讯领域的研究。理论[1-3]分析研究了高阶环形高斯光束在湍流大气中传播时的性质。当它们在湍流大气中传播时，这种光束的时间平均强度经历了一些演化阶段。在适中距离传播时，光束平均能量往往集中于轴上，因此，形成了平均光束。当长距离传输时，初始高阶环形高斯光束转变成了普通的高斯光束[3-5]。而后又对于截面为圆管形，椭圆形，方形的光束传输特性作了研究[4]。
最近，光束传输光学涡旋引起了极大的兴趣。低阶拉盖尔-高斯光束模型LG0l可作为这种光束的实例。它的强度形成一个环，由于在光束轴上的光学涡旋，它的相位是螺旋状的。研究了中央倾角和高斯光束涡旋的性质[6]，结果显示，涡旋相比于普通的高斯光束，光束的质量更差。然而，涡旋光束的独特功能是通过传播光学涡旋来传输轨道角动量，这引起了奇点光学和包括光镊在内的许多研究领域的发展[7]。这种光束可由计算机合成全息，衍射光学，厄米-高斯模型的转换等多种方法实现[8]。现在许多形成方法正在发展和改善。 Matlab涡旋光束在湍流大气中的传输特性模拟研究:http://www.youerw.com/wuli/lunwen_2411.html