部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱中的模态强度

来源：激光技术杂志2021年第4期北京时间：

作者：高金全, 周正兰, 徐华锋, 吴彬, 屈军

摘要：为了探究部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱中模态强度的演化规律，基于广义的Huygens-Fresnel原理和Rytov近似理论，推导了部分相干Airy涡旋光束的轨道角动量模态概率的解析式。结合MATLAB的数值模拟，研究了部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱湍流大气中传输时湍流参量和波束参量与涡旋模态强度的关系，对部分相干Airy涡旋光束的相干宽度在传输过程中对模态强度的影响进行了理论分析。结果表明，选取拓扑荷数较小、主亮环半径较大、波长较长的部分相干Airy涡旋光束能有效减缓湍流效应的影响，减小强湍流中模态间的串扰；较大的湍流谱幂指数和较小的探测器孔径直径能提高部分相干Airy涡旋光束的模态强度；与完全相干涡旋光束相比，部分相干涡旋光束具有较强的湍流阻力，在大气湍流中能有更好的传输性能，相干性较差会导致螺旋谱分布弥散。这些结果对自由空间光通信的研究具有一定的参考价值。

关键词：大气光学, 非Kolmogorov谱, 惠更斯-菲涅耳原理, 部分相干Airy涡旋光束, 误比特率