完美涡旋光束在大气湍流传输中的螺旋相位谱分析

作者：李思瑶; 丁洲林; 侯春雨; 王玮君; 马佳欣; 于永吉^*

来源：光学学报, 2023, 1-14.

• 完美涡旋光束
• 轨道角动量
• 湍流大气
• 螺旋相位谱

携带轨道角动量(OAM)的完美涡旋光束(PVB)具有光束半径不随OAM模态改变而改变的特性。大气湍流会导致光束OAM模态的探测概率下降，出现螺旋相位谱扩展和模式串扰。本文基于Rytov近似，理论推导了PVB经过大气湍流水平信道后的螺旋相位谱解析表达式，研究了大气湍流中光束波长、半环宽、发射处OAM模态、光束半径、近地面折射率结构常数以及湍流系数对OAM模态探测概率和串扰概率的影响。结果表明：随着发射处OAM模态、传输距离、光束半径、近地面折射率结构常数以及湍流系数的增加，经大气湍流传输后的探测概率下降；随着光束波长的增加，经大气湍流传输后的探测概率增加。此外，PVB在近场的探测概率几乎不随发射处OAM模态变化，而当光束传输到远场时，探测概率随发射处OAM模态变化明显，这是由于PVB传输到远场变为了类贝塞尔光束，其光束半径随发射处OAM模态变化明显。

• 单位
  物理学院; 长春理工大学