涡旋光束在大气湍流传输中光束质量分析
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作者:
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(太原科技大学 物理系,山西 太原 030024)

作者简介:

李晋红(1980-),男,山西左权人,博士,副 教授,主要从事激光与光通信和奇点光学方面的研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61405136,61178067)和山西省青年科技研究基金(2012021016,2013021010-4)资助项目 (太原科技大学 物理系,山西 太原 030024)


Analysis of beam quality of vortex beam propagating through turbulence atmospher e
Author:
Affiliation:

(Department of physics,Taiyan University of Science and Tenchnology,Taiyuan 030024,China)

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    摘要:

    利用广义惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数(W DF)的二阶矩定义,导出高斯谢尔模型(GSM)涡旋 光束(拓扑荷数m=±1)与非涡旋光束在大气湍流和自由空间传输中光束传输 因子(M2因子)和角扩展的解析表达式, 并研究了大气湍流参数和光束参数对光束质量的影响。结果表明,GSM涡旋 光束在大气湍流中传输时,传 输距离z越小、结构常量C2n越小、湍流内尺度l0越大、空间相干长 度σ0越小和波长λ越大时,归一化M2和归一化角扩展越小,受大气湍流影响越小,光束质量越好;与非涡旋光束相比涡 旋光束更合适 在大气湍流传输,更适合应用于大气激光通信。本文研究工作可为自由空间光通信和激光武 器等实际应用提供理论基础和实验依据。

    Abstract:

    Based on the extended Huygens-Fresnel principle and the definition of second-order moments of the Wigner distribution function (WDF),the analytical expressions for the beam prop agation factors (M2factors) and angular spread of Gaussian Schell-model (GSM) vortex beams (topological charge m=±1) and non-vortex beams propagating through atmospheric turbulence and free space are derived,and they a re used to study the influence of atmospheric turbulence parameters and beam parameters on the beam quality.It i s shown that the smaller the propagation distance z,the structure constant C2n and the spatial correatin length σ0are,as well as the larger the inner scale l0and the wavelength λ are,the less the propagation of GSM vortex beams is affected by atmospheric turbulence is,and the better the beam quality is.Compared with the GSM non-vortex beam,the GSM vortex beam is more beneficial to the beam propagation through atmospheric turbu lence and is more conformable to be applied to the atmosphere laser communications.The work can provide th e theoretical foundation and experimental basis for free space optical communications and laser weapon.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

索强波,李晋红,陈琳英.涡旋光束在大气湍流传输中光束质量分析[J].光电子激光,2015,26(9):1828~1834

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  • 收稿日期:2015-06-12
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  • 在线发布日期: 2015-09-30
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