Том 29, номер 05, статья № 2

Аннотация:

На основе численного решения параболического волнового уравнения для комплексной спектральной амплитуды поля волны методом расщепления по физическим факторам проведено исследование флуктуаций плотности энергии импульсного излучения для разных мод лагерр-гауссова пучка в зависимости от турбулентных условий на трассе распространения. Показано, что относительная дисперсия плотности энергии импульсного излучения при фемтосекундной длительности импульса с усилением оптической турбулентности становится существенно меньше относительной дисперсии интенсивности непрерывного излучения и, в отличие от последней, может принимать значения меньше единицы. Чем больше порядок моды лагерр-гауссова пучка и меньше длительность импульса, тем меньше флуктуации плотности энергии. Уровень остаточной пространственной корреляции сильных флуктуаций плотности энергии импульсного излучения превышает уровень корреляции интенсивности непрерывного излучения для всех рассмотренных мод лагерр-гауссова пучка, и характерная для сильных флуктуаций интенсивности непрерывного излучения двухмасштабная структура пространственной корреляции в случае импульсного излучения менее выражена.

Ключевые слова:

лагерр-гауссов пучок, импульсное излучение, турбулентная атмосфера, параболическое волновое уравнение, метод расщепления по физическим факторам, комплексная спектральная амплитуда

Список литературы:

1. 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.
2. 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 Photon. 2012. V. 6. P. 488–496.
3. 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. 9 р.
4. 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.
5. 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.
6. 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. Photon. 2015. V. 7. P. 66–106.
7. Allen L., Beijersbergen M.W., Spreeuw R.J.C., Woerdman J.P. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre–Gaussian laser modes // Phys. Rev. A. 1992. V. 45, N 11. P. 8185–8189.
8. Yao A.M., Padgett M.J. Orbital angular momentum: Origins, behavior and applications // Adv. Opt. Photon. 2011. V. 3. P. 161–204.
9. Anguita J.A., Neifeld M.A., Vasic B.V. Turbulence-induced channel crosstalk in an orbital angular momentum-multiplexed free-space optical link // Appl. Opt. 2008. V. 47. P. 2414–2429.
10. Banakh V.A., Smalikho I.N. Fluctuations of energy density of short-pulse optical radiation in the turbulent atmosphere // Opt. Express. 2014. V. 22, N 19. P. 1–13.
11. Банах В.А., Герасимова Л.О., Смалихо И.Н. Численное исследование распространения короткоимпульсного лазерного излучения в турбулентной атмосфере // Квант. электрон. 2015. Т. 45, № 3. С. 258–264.
12. 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.
13. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М.: Наука, 1990. 264 с.
14. Банах В.А., Фалиц А.В. Уширение лагеррова пучка в турбулентной атмосфере // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 117, № 6. С. 969–975.
15. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука, 1988. 312 c.
16. Виноградова M.B., Руденко O.В., Сухоруков A.П. Теория волн. М.: Наука, 1979. 383 с.
17. Banakh V.A., Smalikho I.N., Falits A.V. Effectiveness of the subharmonic method in problems of computer simulation of laser beam propagation in a turbulent atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 2. P. 106–109.
18. Зуев В.Е., Банах В.А., Покасов В.В. Современные проблемы атмосферной оптики. Т. 5. Оптика турбулентной атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 270 с.
19. 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.
20. Siegman A.E. How to (maybe) measure laser beam quality // Optical Society of America TOPS. California, October, 1997. P. 1–18. DOI: 10.1364/DLAI.1998.MQ1.
21. Банах В.А., Булдаков В.М., Миронов В.Л. Флуктуации интенсивности частично-когерентного светового пучка в турбулентной атмосфере // Оптика и спектроскопия. 1983. Т. 54, вып. 6. С. 1054–1059.