渦旋光束傳輸特性的研究主要以光場的統(tǒng)計特性為理論基礎(chǔ)。廣義惠更斯-菲涅爾原理是常用的一種研究方法谷誓，它是波動光學的基本原理跨晴，是處理衍射問題的理論基礎(chǔ)。其主要原理是：波前上任何一個未受阻擋的點都可以看成是一個頻率于入射波相同的子波源；在其后任何地方的光振動，就是這些子波相干疊加的結(jié)果费封。其中焕妙，波前表示光源在某一時刻發(fā)出的光波所形成的波面；次級擾動中心是一個點光源弓摘，又稱為子光源焚鹊。
渦旋光束的傳輸特性
摘要：渦旋光束傳輸特性的研究主要以光場的統(tǒng)計特性為理論基礎(chǔ)。廣義惠更斯-菲涅爾原理是常用的一種研究方法锤窑，它是波動光學的基本原理璧针，是處理衍射問題的理論基礎(chǔ)。其主要原理是：波前上任何一個未受阻擋的點都可以看成是一個頻率于入射波相同的子波源渊啰；在其后任何地方的光振動探橱，就是這些子波相干疊加的結(jié)果。其中绘证，波前表示光源在某一時刻發(fā)出的光波所形成的波面隧膏；次級擾動中心是一個點光源，又稱為子光源嚷那。
渦旋光束的傳輸特性，采用（orbital angular moment,OAM）渦旋光束攜帶信號傳輸時魏宽，會受到大氣湍流的影響腐泻。大氣湍流會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湖员。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輸時湍流效應進行分析之外贫悄，也對光子的OAM本征態(tài)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。一般對于渦旋光束傳輸特性研究主要從以下兩個方面入手娘摔。（1）不同渦旋光光束的傳輸特性研究窄坦，空間結(jié)構(gòu)的不同使得渦旋光束的種類眾多。例如：貝塞爾-高斯矢量光束凳寺、LG光束鸭津、橢圓渦旋光束肠缨、多階高斯-謝爾渦旋光束等逆趋；（2）渦旋光束在不同路徑上的傳輸特性研究，早期研究者一般考慮光束在大氣湍流中水平傳輸?shù)那樾紊罐龋詮?001年國際電信聯(lián)盟提出了隨高度變化的大氣結(jié)構(gòu)常數(shù)模型之后闻书，人們逐漸關(guān)注光束在大氣湍流中斜程傳輸?shù)那樾巍?/p>
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(zhì)。當光經(jīng)過大氣湍流時魄眉，其隨機運動會造成折射率起伏砰盐，導致光束發(fā)生畸變、相干性減弱坑律、光強衰減等一系列湍流效應岩梳。這些變化在強湍流或長距離傳輸時尤為明顯，從而嚴重制約了自由空間光通信的發(fā)展晃择。大氣湍流是一種雜亂無章的運動冀值，具有以下特性（1）湍流運動具有不規(guī)則的隨機特性。大氣湍流是在外力作用下產(chǎn)生的一種運動方式宫屠，隨外力增加列疗，流體運動狀態(tài)由層流變?yōu)橥牧骷た觯\動逐漸失去穩(wěn)定性作彤，變成不規(guī)則、雜亂無章的非線性運動乌逐。（2）湍流參數(shù)具有統(tǒng)計規(guī)律特性竭讳。雖然湍流運動是一種不規(guī)則運動浙踢，但其相鄰空間點上的運動參數(shù)具有一定的相關(guān)特性绢慢。因此，可以采用統(tǒng)計平均法等統(tǒng)計規(guī)律對湍流進行估算和預測洛波。（3）湍流對初始條件敏感依賴性胰舆。洛倫茨較早推斷出大氣對初始條件敏感這一特性，隨后貝里以精確的數(shù)值計算結(jié)果作為對洛倫茨推斷的證明蹬挤，發(fā)現(xiàn)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
大氣湍流會導致光折射率隨機起伏焰扳，光波在大氣湍流中傳輸時將會產(chǎn)生波前畸變以及振幅起伏倦零，因此，將引起光強閃爍吨悍、光束擴展扫茅、光斑漂移、到達角起伏以及光束相干性降低等大氣湍流效應育瓜。只有通過對渦旋光傳輸特性的研究學習葫隙，我們才能夠更好了了解以及使用渦旋光，減少渦旋光在數(shù)據(jù)通信過程中的信號失真躏仇，以及如何降低誤碼率腺办。
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