Том 28, номер 09, статья № 1

Фалиц А.В. Блуждание и флуктуации интенсивности фокусированного лагерра–гауссова пучка в турбулентной атмосфере. // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28. № 09. С. 763-771.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

На основе численного моделирования распространения когерентного излучения в турбулентной среде исследуется влияние топологического заряда оптического поля на блуждание и уровень флуктуаций интенсивности фокусированных лагерра–гауссовых пучков. Рассматриваются пучки, обладающие различным значением топологического заряда комплексного поля, при выполнении условия равенства эффективных размеров в плоскости приемного объектива. Сформированные таким образом пучки обладают разной дифракционной расходимостью, что обеспечивает пространственный разнос излучения на приемной апертуре и позволяет уменьшить влияние разных каналов связи друг на друга при демультиплексировании сигнала. Установлено, что блуждание таких пучков не зависит от значения топологического заряда комплексного поля, а поведение флуктуаций интенсивности определяется распределением среднего профиля интенсивности, форма которого зависит от силы оптической турбулентности.

Ключевые слова:

лагерра–гауссов пучок, турбулентная атмосфера, блуждание пучка, флуктуации интенсивности

Список литературы:


1. Allen L., Beijersbergen M.W., Spreeuw R.J.C., Woerdman J.P. Orbital angular momentum7 of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes // Phys. Rev. A. 1992. V. 45, N 11. P. 8185–8189.
2. Gibson G., Courtial J., Padgett M.J., Vasnetsov M., Pas’ko V., Barnett S.M., Franke-Arnold S. Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum // Opt. Express. 2004. V. 12, N 22. P. 5448–5456.
3. Yao A.M., Padgett M.J. Orbital angular momentum: origins, behavior and applications // Adv. Opt. Photonics. 2011. V. 3. P. 161–204.
4. Willner A.E., Huang H., Yan Y., Ren Y., Ahmed N., Xie G., Bao C., Li L., Cao Y., Zhao Z., Wang J., Lavery M.P.J., Tur M., Ramachandran S., Molisch A.F., Ashrafi N., Ashrafi S. Optical communications using orbital angular momentum beams // Adv. Opt. Photonics. 2015. V.7. P.66–106.
5. Wang J., Yang J.-Y., Fazal I.M., Ahmed N., Yan Y., Huang H., Ren Y., Yue Y., Dolinar S., Tur M., Willner A.E. Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing // Nature Photonics. 2012. V. 6. P. 488–496.
6. Yan Y., Xie G., Lavery M.P.J., Huang H., Ahmed N., Bao C., Ren Y., Cao Y., Li L., Zhao Z., Molisch A.F., Tur M., Padgett M.J., Willner A.E. High-capacity millimetre-wave communications with orbital angular momentum multiplexing // Nature Commun. 2014. V. 5. Article number: 4876.
7. Ren Y., Xie G., Huang H., Ahmed N., Yan Y., Li L., Bao C., Lavery M.P.J., Tur M., Neifeld M.A., Boyd R.W., Shapiro J.H., Willner A.E. Adaptive-optics-based simultaneous pre- and post-turbulence compensation of multiple orbital-angular-momentum beams in a bidirectional free-space optical link // Optica. 2014. V. 1, N 6. P. 376–382.
8. Ren Y., Xie G., Huang H., Bao C., Yan Y., Ahmed N., Lavery M.P.J., Erkmen B.I., Dolinar S., Tur M., Neifeld M.A., Padgett M.J., Boyd R.W., Shapiro J.H., Willner A.E. Adaptive optics compensation of multiple orbital angular momentum beams propagating through emulated atmospheric turbulence // Opt. Lett. 2014. V. 39, N 10. P. 2845–2848.
9. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. II. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 463 с.
10. Зуев В.Е., Банах В.А., Покасов В.В. Современные проблемы атмосферной оптики. Т. 5. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 270 с.
11. Andrews L.S., Phillips R.L. Laser Beam Propagation through Random Media. Bellingham, Washington: SPIE Press, 2005. 782 p.
12. Paterson C. Atmospheric Turbulence and Orbital Angular Momentum of Single Photons for Optical Communication // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94,  iss.15, Article number: 153901.
13. Gbur G., Tyson R.K. Vortex beam propagation through atmospheric turbulence and topological charge conservation // J. Opt. Soc. Amer. A. 2008. V. 25, N 1. P. 225–230.
14. Eyyuboğlu H.T., Baykal Y., Ji X. Scintillations of Laguerre–Gaussian beams // Appl. Phys. B. 2010. V. 98. P. 857–863.
15. Aksenov V.P., Pogutsa C.E. Increase in laser beam resistance to random inhomogeneities of atmospheric permittivity with an optical vortex included in the beam structure // Appl. Opt. 2012. V. 51, N 30. P. 7262–7267.
16. Gu Y. Statistics of optical vortex wander on propagation through atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Amer. A. 2013. V. 30, N 4. P. 708–715.
17. Yüceer M., Eyyuboğlu H.T. Laguerre–Gaussian beam scintillation on slant paths // Appl. Phys. B. 2012. V. 109, N 2. P. 311–316.
18. Лукин И.П. Устойчивость когерентных вихревых бесселевых пучков при распространении в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 5. С. 367–374.
19. Лукин И.П. Кольцевая дислокация степени когерентности вихревого бесселева пучка в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 4. С. 298–308.
20. Cang J., Xiu P., Liu X. Propagation of Laguerre–Gaussian and Bessel–Gaussian Schell-model beams through paraxial optical systems in turbulent atmosphere // Opt. Laser Technol. 2013. V. 54. P. 35–41.
21. Коняев П.А., Лукин В.П., Сенников В.А. О влиянии флуктуаций фазы на распространение вихревых пучков // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 12. С. 1029–1032.
22. Аксенов В.П., Измайлов И.В., Канев Ф.Ю., Пойзнер Б.Н. Влияние на работу детектора оптического вихря фазовых искажений, вносимых экраном, расположенным вблизи излучающей апертуры оптической системы связи // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 12. С. 1132–1136. 
23. Lukin V.P., Konyaev P.A., Sennikov V.A. Beam spreading of vortex beams propagating in turbulent atmosphere // Appl. Opt. 2012. V. 51, N 10. P. C84–C87.
24. Aksenov V.P., Kolosov V.V., Pogutsa C.E. The influence of the vortex phase on the random wandering of a Laguerre–Gaussian beam propagating in a turbulent atmosphere: a numerical experiment // J. Opt. 2013. V. 15, N 4. Article number: 044007.
25. Aksenov V.P., Kolosov V.V., Pogutsa C.E. Random wandering of laser beams with orbital angular momentum during propagation through atmospheric turbulence // Appl. Opt. 2014. V. 53, N 17. Р. 3607–3614.
26. Eyyuboğlu H.T. Scintillation analysis of hypergeometric Gaussian beam via phase screen method // Opt. Commun. 2013. V. 309. P. 103–107.
17. Berman G.P., Gorshkov V.N., Torous S.V. Scintillation reduction for laser beams propagating through turbulent atmosphere // J. Phys. B. 2011. V. 44. Article number: 055402.
28. Liu X., Pu J. Investigation on the scintillation reduction of elliptical vortex beams propagating in atmospheric turbulence // Opt. Express. 2011. V. 19, N 27. P. 26444–26450.
29. Xiao Q., Liu G., Zhang R. Influence of phase distortion on the propagation of vortex beams // Appl. Opt. 2015. V. 54, N 12. P. 3523–3529.
30. Aksenov V.P., Kolosov V.V. Scintillations of optical vortex in randomly inhomogeneous medium // Photon. Res. 2015. V. 3, N 2. P. 44–47.
31. Банах В.А., Фалиц А.В. Уширение лагеррова пучка в турбулентной атмосфере // Оптика и спектроск. 2014. Т. 117, № 6. С. 969–975.
32. Банах В.А., Фалиц А.В. Численное моделирование распространения лазерных пучков, формируемых многоэлементными апертурами, в турбулентной атмосфере при тепловом самовоздействии // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 5. С. 371–380.

Вернуться