Том 30, номер 08, статья № 7

Лукин И. П. Когерентность бессель-гауссовых пучков, распространяющихся в турбулентной атмосфере. // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 08. С. 672–681. DOI: 10.15372/AOO20170807.    PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Проводится теоретическое исследование когерентных свойств вихревых бессель-гауссовых пучков, распространяющихся в турбулентной атмосфере. При анализе этой задачи используется аналитическое решение уравнения для поперечной функции взаимной когерентности второго порядка поля оптического излучения. Исследовано поведение степени когерентности, радиуса когерентности и интегрального масштаба степени когерентности вихревых бессель-гауссовых пучков в зависимости от параметров пучка и характеристик турбулентной атмосферы. Показано, что радиус когерентности и интегральный масштаб степени когерентности вихревого бессель-гауссова пучка существенно зависят от величины топологического заряда вихревого пучка. При этом по мере увеличения топологического заряда дополнительные уменьшения этих параметров становятся меньше. Величина данного эффекта при слабых и сильных флуктуациях оптического излучения невелика, своего максимального значения он достигает в области перехода от слабых флуктуаций к сильным.

Ключевые слова:

бесселев пучок, вихревой пучок, оптическое излучение, атмосферная турбулентность, когерентность, радиус когерентности, интегральный масштаб степени когерентности

Список литературы:

1. Миллер У. Симметрия и разделение переменных. М.: Мир, 1981. 342 с.
2. Andrews D.L. Structured light and its applications: An introduction to phase-structured beams and nanoscale optical forces. New York: Academic Press, 2008. 341 p.
3. Аксенов В.П., Погуца Ч.Е. Влияние оптического вихря на случайные смещения лагерра-гауссова лазерного пучка, распространяющегося в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 7. С. 561–565; Aksenov V.P., Pogutsa Ch.E. The effect of optical vortex on random Laguerre-Gauss shifts of a laser beam propagating in a turbulent atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 1. P. 13–17.
4. Банах В.А., Фалиц А.В. Уширение Лагеррова пучка в турбулентной атмосфере // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 117, № 6. С. 969–975.
5. Фалиц А.В. Блуждание и флуктуации интенсивности фокусированного лагерра-гауссова пучка в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 9. С. 763–771.
6. Банах В.А., Герасимова Л.О. Дифракция короткоимпульсного лагерр-гауссова пучка // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 4. С. 311–316; Banakh V.A., Gerasimova L.O. Diffraction of short-pulse Laguerre-Gaussian beams // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 5. P. 441–446.
7. Маракасов Д.А., Рычков Д.С. Оценка изменения эффективного радиуса методом линий тока для осесимметричных лазерных пучков в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 4. С. 317–322; Marakasov D.A., Rychkov D.S. Estimate of the change in the effective beam width by the streamline method for axisymmetric laser beams in a turbulent atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 5. P. 447–451.
8. Банах В.А., Герасимова Л.О., Фалиц А.В. Статистика импульсных лагерр-гауссовых пучков в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 5. С. 369–376.
9. Xie Ch., Giust R., Jukna V., Furfaro L., Jacquot M., Lacourt P., Froehly L., Dudley J., Couairon A., Courvoisier F. Light trajectory in Bessel–Gauss vortex beams // J. Opt. Soc. Am. A. 2015. V. 32, N 7. P. 1313–1316.
10. Birch P., Ituen I., Young R., Chatwin Ch. Long-distance Bessel beam propagation through Kolmogorov turbulence // J. Opt. Soc. Am. A. 2015. V. 32, N 11. P. 2066–2073.
11. Cheng M., Guo L., Li J., Huang Q. Propagation properties of an optical vortex carried by a Bessel-Gaussian beam in anisotropic turbulence // J. Opt. Soc. Am. A. 2016. V. 33, N 8. P. 1442–1450.
12. Chen Sh., Li Sh., Zhao Y., Liu J., Zhu L., Wang A., Du J., Shen L., Wang J. Demonstration of 20-Gbit/s high-speed Bessel beam encoding/decoding link with adaptive turbulence compensation // Opt. Lett. 2016. V. 41, N 20. P. 4680–4683.
13. Zhang Y., Ma D., Yuan X., Zhou Z. Numerical investigation of flat-topped vortex hollow beams and Bessel beams propagating in a turbulent atmosphere // Appl. Opt. 2016. V. 55, N 32. P. 9211–9216.
14. Doster T., Watnik A.T. Laguerre–Gauss and Bessel–Gauss beams propagation through turbulence: Аnalysis of channel efficiency // Appl. Opt. 2016. V. 55, N 36. P. 10239–10246.
15. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 720 с.
16. Wolf E. Introduction to the theory of coherence and polarization of light. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2007. 222 p.
17. Gbur G., Visser T.D. The structure of partially coherent fields // Prog. Opt. / E. Wolf (ed.). Amsterdam: Elsevier, 2010. V. 55. P. 285–341.
18. Bogatyryova G.V., Fel’de Ch.V., Polyanskii P.V., Ponomarenko S.A., Soskin M.S., Wolf E. Partially coherent vortex beams with a separable phase // Opt. Lett. 2003. V. 28, N 11. P. 878–880.
19. Gbur G., Visser T.D. Coherence vortices in partially coherent beams // Opt. Commun. 2003. V. 222, N 1–6. P. 117–125.
20. Gbur G., Visser T.D., Wolf E. “Hidden” singularities in partially coherent wavefields // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2004. V. 6, N 5. P. S239–S242.
21. Maleev I.D., Palacios D.M., Marathay A.S., Swartzlander G.A. Spatial correlation vortices in partially coherent light: Theory // J. Opt. Soc. Am. B. 2004. V. 21, N 11. P. 1895–1900.
22. Ding Ch., Pan L., Lu B. Phase singularities and spectral changes of spectrally partially coherent higher-order Bessel-Gauss pulsed beams // J. Opt. Soc. Am. A. 2009. V. 26, N 12. P. 2654–2661.
23. Eyyuboglu H.T., Baykal Y., Cai Y. Complex degree of coherence for partially coherent general beams in atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Amer. A. 2007. V. 24, N 9. P. 2891–2901.
24. Martinez-Herrero R., Manjavacas A. Overall second-order parametric characterization of light beams propagating through spiral phase elements // Opt. Commun. 2009. V. 282, N 4. P. 473–477.
25. Borghi R., Santarsiero M., Gori F. Axial intensity of apertured Bessel beams // J. Opt. Soc. Am. A. 1997. V. 14, N 1. P. 23–26.
26. Chen B., Chen Z., Pu J. Propagation of partially coherent Bessel-Gaussian beams in turbulent atmosphere //  Opt.  Laser  Technol.  2008.  V. 40,  N 6.  P. 820–827.
27. Zhu K., Zhou G., Li X., Zheng X., Tang H. Propagation of Bessel-Gaussian beams with optical vortices in turbulent atmosphere // Opt. Express. 2008. V. 16, N 26. P. 21315–21320.
28. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 464 с.
29. Беленький М.С., Лукин В.П., Миронов В.Л., Покасов В.В. Когерентность лазерного излучения в атмосфере. Новосибирск: Наука, 1985. 176 с.
30. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М: Наука, 1971. 1108 с.