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汉克-贝塞尔光束在海洋湍流信道中的螺旋相位谱分析

尹霄丽 郭翊麟 闫浩 崔小舟 常欢 田清华 吴国华 张琦 刘博 忻向军

汉克-贝塞尔光束在海洋湍流信道中的螺旋相位谱分析

尹霄丽, 郭翊麟, 闫浩, 崔小舟, 常欢, 田清华, 吴国华, 张琦, 刘博, 忻向军
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  • 携带轨道角动量的汉克-贝塞尔(Hankel-Bessel,HB)光束具有无衍射和自聚焦特性,用来作为信息传输的载体有望增大信息传输容量.基于Rytov近似理论,推导得到了HB涡旋光束经过海洋水平弱湍流信道后的螺旋相位谱的解析表达式,并利用数值仿真方法研究了海洋湍流参数对轨道角动量模式探测概率的影响.结果表明,海洋湍流导致发射轨道角动量模式的探测概率下降,出现模式串扰和螺旋相位谱扩展.海洋湍流对HB涡旋光束的负面影响随着轨道角动量模式数、传输距离、温度方差耗散率的增加而增强,随湍流动能耗散率的增加而减弱.HB涡旋光束受以盐度波动驱动的海洋湍流的负面影响更大.另外,在弱湍流及几十米传输距离条件下,HB涡旋光束的传输性能要差于最佳束腰大小设置的拉盖尔-高斯涡旋光束.这些结果有望为海洋环境水下光通信链路的实现提供一定的参考价值.
      通信作者: 尹霄丽, yinxl@bupt.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61575027,61471051,61575026)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-22
  • 修回日期:  2018-02-24
  • 刊出日期:  2018-06-05

汉克-贝塞尔光束在海洋湍流信道中的螺旋相位谱分析

  • 1. 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876;
  • 2. 北京邮电大学, 天地互联与融合北京市重点实验室, 北京 100876;
  • 3. 北京邮电大学理学院, 北京 100876;
  • 4. 南京信息工程大学物理与光电学院, 南京 210044
  • 通信作者: 尹霄丽, yinxl@bupt.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61575027,61471051,61575026)资助的课题.

摘要: 携带轨道角动量的汉克-贝塞尔(Hankel-Bessel,HB)光束具有无衍射和自聚焦特性,用来作为信息传输的载体有望增大信息传输容量.基于Rytov近似理论,推导得到了HB涡旋光束经过海洋水平弱湍流信道后的螺旋相位谱的解析表达式,并利用数值仿真方法研究了海洋湍流参数对轨道角动量模式探测概率的影响.结果表明,海洋湍流导致发射轨道角动量模式的探测概率下降,出现模式串扰和螺旋相位谱扩展.海洋湍流对HB涡旋光束的负面影响随着轨道角动量模式数、传输距离、温度方差耗散率的增加而增强,随湍流动能耗散率的增加而减弱.HB涡旋光束受以盐度波动驱动的海洋湍流的负面影响更大.另外,在弱湍流及几十米传输距离条件下,HB涡旋光束的传输性能要差于最佳束腰大小设置的拉盖尔-高斯涡旋光束.这些结果有望为海洋环境水下光通信链路的实现提供一定的参考价值.

English Abstract

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