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部分相干径向偏振扭曲光束在非均匀大气湍流中的传输特性 被引量:1

Transmission characteristics partially coherent radially polarized twisted beam in inhomogeneous atmospheric turbulence
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摘要 利用扩展的Huygens-Fresnel原理以及维格纳分布函数(Wigner distribution function,WDF)的二阶矩理论,推导出部分相干径向偏振扭曲光束(partially coherent radially polarized twisted beam,PCRPTB)在非均匀大气湍流中的M^(2)因子、空间扩展和角扩展的解析式。通过相应的数值模拟计算分析了初始相干长度、束腰宽度、波长、天顶角、扭曲因子、湍流内尺度等对光束传输质量的影响。研究表明具有扭曲相位的PCRPTB展现出更强的抗大气湍流的能力,且扭曲因子越大,光束抗大气湍流的能力越强。而且减小初始相干长度,增大束腰宽度,波长也可以有效降低PCRPTB在大气湍流中的相对M^(2)因子,使光束具有更强的抗大气湍流的能力。研究还可以发现,PCRPTB在湍流内尺度与广义指数参数较大的大气湍流中以一个更小的天顶角传输,其相对M^(2)因子更小,表明大气湍流对PCRPTB的影响更小。 In this paper,using the extended Huygens-Fresnel principle and the second-order moment theory of the Wigner distribution function(WDF),the analytical formula for the M^(2)-factor,spatial expansion and angular expansion of the partially coherent radially polarized twisted beam(PCRPTB)in nonuniform atmospheric turbulence is derived.The effects of the initial coherence length,waist width,wavelength,zenith angle,twist factor,and turbulent inner scale on the beam transmission quality are analyzed by corresponding numerical simulations.The results show that the PCRPTB with twisted phase exhibit stronger resistance to atmospheric turbulence,and the larger the twist factor,the stronger the beam′s resistance to atmospheric turbulence.Moreover,reducing the initial coherence length and increasing the waist width,the wavelength can also effectively reduce the relative M^(2)-factor of PCRPTB in inhomogeneous atmospheric turbulence,making the beam more resistant to atmospheric turbulence.It can also be found that the PCRPTB is transported at a smaller zenith angle in atmospheric turbulence with a larger intra-turbulent scale and generalized exponential parameter with a smaller relative M^(2)-factor,indicating that atmospheric turbulence has less influence on PCRPTB.
作者 杨宁 赵亮 许颖 徐勇根 YANG Ning;ZHAO Liang;Xü Ying;Xü Yong-gen(School of Science,Xihua University,Chengdu 610039,China)
机构地区 西华大学理学院
出处 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1167-1176,共10页 Laser & Infrared
基金 四川省科技厅基金项目(2019YJ0470)资助。
关键词 部分相干径向偏振扭曲光束 扭曲因子 非均匀大气湍流 M^(2)因子 partially coherent radially polarized twisted beam twist factor inhomogeneous atmospheric turbulence M^(2)-factor
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