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强闪烁下的光学轨道角动量

DOI：10.1103/PhysRevA.99.013828 期刊：Physical Review A 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 研究了经典光学场在任意大气湍流条件下传播的演化过程。我们采用单相位屏（SPS）方法和基于多相位屏（MPS）的微分传播方程（IPE），计算输入拉盖尔-高斯（LG）模式中保留的光功率比例或转移至高阶LG模式的比例。当闪烁较弱时，IPE与SPS预测结果趋势一致；但当闪烁强度超过特定阈值后，两者出现偏差。这些预测结果与通过湍流传播的光学场数值模拟进行了对比。该模拟基于柯尔莫哥洛夫湍流理论，采用MPS模型在不同湍流条件下进行，以实现弱闪烁与强闪烁工况的全面比较。数值结果在所有条件下均与IPE结果高度吻合，但在强闪烁情况下与SPS结果存在显著差异。
作者： Chemist M. Mabena，Filippus S. Roux
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研究概述 实验方案

研究目的

研究携带轨道角动量的光场在大气湍流中任意闪烁条件下的演化，比较微分传播方程和单相位屏方法的预测与数值模拟结果。

研究成果

数值模拟验证表明，在强闪烁条件下，IPE预测比SPS预测更可靠。IPE与SPS之间的偏差出现在取决于湍流强度的尺度上，这表明SPS近似失效。这对使用轨道角动量模式的自由空间光通信系统具有影响。

研究不足

IPE依赖于二次结构函数近似，在强闪烁条件下可能偏离精确的Kolmogorov统计。数值模拟受计算资源限制，且相位屏生成的准确性（包括未采用次谐波校正时排除极低空间频率的情况）也存在局限。

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