大气湍流中贝塞尔-高斯涡旋光束传播性能分析

来源：激光技术杂志2017年第3期北京时间：

作者：牛化恒, 韩一平

摘要：为了研究涡旋光束在湍流大气中的传输特性，根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法，对贝塞尔-高斯光束在大气湍流中的传输过程进行了理论分析和数值仿真; 采用次谐波补偿法产生随机相位屏来模拟大气湍流，解决了大气湍流模拟时存在低频成分不足的问题。结果表明，除了湍流强度外，传输距离、拓扑荷数、激光波长等也成为影响贝塞尔-高斯涡旋光束质量的主要因素; 湍流越强，光束的环形光强越弱，相位畸变越严重，光强起伏越明显，且逐渐退化为普通高斯光束; 随着传输距离的增加，涡旋光束扩散现象明显，最终退化为普通高斯光束; 波长越长，则涡旋光束抑制湍流能力越强，环形光强越强，相位畸变程度会得到逐步改善; 拓扑荷数越小，涡旋光束会最先退化为普通高斯光束，相位畸变程度越弱。该结果对于研究涡旋光束在自由空间光通信中的传输是有帮助的。

关键词：光通信, 自由空间, 大气湍流, 随机相位屏, 贝塞尔-高斯涡旋光束