渦旋光束傳(chuan) 輸特性的研究主要以光場的統計特性為(wei) 理論基礎。廣義(yi) 惠更斯-菲涅爾原理是常用的一種研究方法，它是波動光學的基本原理，是處理衍射問題的理論基礎。其主要原理是：波前上任何一個(ge) 未受阻擋的點都可以看成是一個(ge) 頻率於(yu) 入射波相同的子波源；在其後任何地方的光振動，就是這些子波相幹疊加的結果。其中，波前表示光源在某一時刻發出的光波所形成的波麵；次級擾動中心是一個(ge) 點光源，又稱為(wei) 子光源。
渦旋光束的傳(chuan) 輸特性
摘要：渦旋光束傳(chuan) 輸特性的研究主要以光場的統計特性為(wei) 理論基礎。廣義(yi) 惠更斯-菲涅爾原理是常用的一種研究方法，它是波動光學的基本原理，是處理衍射問題的理論基礎。其主要原理是：波前上任何一個(ge) 未受阻擋的點都可以看成是一個(ge) 頻率於(yu) 入射波相同的子波源；在其後任何地方的光振動，就是這些子波相幹疊加的結果。其中，波前表示光源在某一時刻發出的光波所形成的波麵；次級擾動中心是一個(ge) 點光源，又稱為(wei) 子光源。
渦旋光束的傳(chuan) 輸特性，采用（orbital angular moment,OAM）渦旋光束攜帶信號傳(chuan) 輸時，會(hui) 受到大氣湍流的影響。大氣湍流會(hui) 引起光束強度和相位的改變，導致誤碼率增加以及通信容量降低。研究大氣湍流對渦旋光束的影響除了對渦旋光束在大氣湍流中傳(chuan) 輸時湍流效應進行分析之外，也對光子的OAM本征態的變化情況進行分析以及對渦旋光束的相位奇點進行相應的評估。一般對於(yu) 渦旋光束傳(chuan) 輸特性研究主要從(cong) 以下兩(liang) 個(ge) 方麵入手。（1）不同渦旋光光束的傳(chuan) 輸特性研究，空間結構的不同使得渦旋光束的種類眾(zhong) 多。例如：貝塞爾-高斯矢量光束、LG光束、橢圓渦旋光束、多階高斯-謝爾渦旋光束等；（2）渦旋光束在不同路徑上的傳(chuan) 輸特性研究，早期研究者一般考慮光束在大氣湍流中水平傳(chuan) 輸的情形，自從(cong) 2001年國際電信聯盟提出了隨高度變化的大氣結構常數模型之後，人們(men) 逐漸關(guan) 注光束在大氣湍流中斜程傳(chuan) 輸的情形。
圖1.渦旋光束及強度分布示意圖
大氣湍流是一種具有隨機性的混沌介質。當光經過大氣湍流時，其隨機運動會(hui) 造成折射率起伏，導致光束發生畸變、相幹性減弱、光強衰減等一係列湍流效應。這些變化在強湍流或長距離傳(chuan) 輸時尤為(wei) 明顯，從(cong) 而嚴(yan) 重製約了自由空間光通信的發展。大氣湍流是一種雜亂(luan) 無章的運動，具有以下特性（1）湍流運動具有不規則的隨機特性。大氣湍流是在外力作用下產(chan) 生的一種運動方式，隨外力增加，流體(ti) 運動狀態由層流變為(wei) 湍流，運動逐漸失去穩定性，變成不規則、雜亂(luan) 無章的非線性運動。（2）湍流參數具有統計規律特性。雖然湍流運動是一種不規則運動，但其相鄰空間點上的運動參數具有一定的相關(guan) 特性。因此，可以采用統計平均法等統計規律對湍流進行估算和預測。（3）湍流對初始條件敏感依賴性。洛倫(lun) 茨較早推斷出大氣對初始條件敏感這一特性，隨後貝裏以精確的數值計算結果作為(wei) 對洛倫(lun) 茨推斷的證明，發現大氣湍流對其初始條件同樣具有敏感依賴性。
圖2.渦旋光束及空間分布示意圖
大氣湍流會(hui) 導致光折射率隨機起伏，光波在大氣湍流中傳(chuan) 輸時將會(hui) 產(chan) 生波前畸變以及振幅起伏，因此，將引起光強閃爍、光束擴展、光斑漂移、到達角起伏以及光束相幹性降低等大氣湍流效應。隻有通過對渦旋光傳(chuan) 輸特性的研究學習(xi) ，我們(men) 才能夠更好了了解以及使用渦旋光，減少渦旋光在數據通信過程中的信號失真，以及如何降低誤碼率。
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