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Matlab渦旋光束在湍流大氣中的傳輸特性模擬研究

時間:2017-01-17 20:33來源:畢業論文
根據廣義Huygens- Fresnel 原理,推導出了受發射圓孔限制的拉蓋爾-高斯渦旋光束軸向光強的表達式。并用Matlab模擬得到了不同湍流強度、不同波長、不同發射圓孔孔徑下軸上光強的分布

本文主要通過理論推導和數值計算的方法對拉蓋爾-高斯渦旋光束在湍流大氣中的傳輸特性進行了研究。首先根據廣義Huygens- Fresnel 原理,推導出了受發射圓孔限制的拉蓋爾-高斯渦旋光束軸向光強的表達式。并用Matlab模擬得到了不同湍流強度、不同波長、不同發射圓孔孔徑下軸上光強的分布。結果表明,軸上光強在近場發生振蕩;在遠場, 隨著傳輸距離的增加, 光強振蕩逐漸消失, 光強下降平穩;軸上光強大小與湍流強度有著密切的關系, 當湍流較弱時, 軸上光強大小變化較小,隨著湍流強度的增加,光強大小的變化越劇烈;當發射光纜孔徑較大時, 軸上光強最大值的位置較遠;軸上光強與光束的波長和階數同樣有關,當光束的階數較大或波長相對長時, 軸上光強相對較高。5398
關鍵詞 大氣湍流  拉蓋爾-高斯渦旋光束 光強
畢業設計說明書(論文)外文摘要
Title   Propagation properties of vortex beams in turbulent atmosphere
Abstract
This article has already conducted propagation properties of Laguerre-Gaussian vortex beams in turbulent atmosphere through the theoretical analysis and numerical method. First ,according to the Huygens- Fresnel principle , the axial light intensity distributions of the Laguerre-Gaussian vortex beams limited by a circular aperture in atmospheric turbulence were exported and the propagation characteristics under different intensity of turbulence and wavelength and aperture transmit were simulated used by Matlab. The results indicate the oscillation rises in the near-field; the oscillation dies out and the average intensity declines smooth with the increase of propagation distance in far-field. The value of axial intensity is accordance with the intensity of turbulence,as the turbulence is smaller, it changes smaller, when the turbulence is larger, it changes larger. When the optical cable aperture is larger,the position of the maximum value of the axial intensity is further. The axial intensity is also accordance with the rank and wavelength of the beams, it is higher as the wavelength or the rank of the beam is larger. 源¥自%六^^維*論-文+網=www.aftnzs.live
Keywords Atmospheric turbulence  Laguerre-Gaussian vortex beams  Light intensity
目   次
1 緒論 1
1.1 引言1
1.2當前研究現狀1
2 湍流大氣4
2.1大氣湍流的性質4
2.2大氣湍流的研究手段5
2.3 大氣湍流對激光傳播的影響5
2.3.1光強閃爍5
2.3.2光束漂移7
2.3.3到達角起伏7
2.3.4相位起伏8
2.3.5光束擴展8
3 渦旋光束和光學渦旋 8
3.1渦旋光束介紹8
3.2光學渦旋 10
3.3渦旋光束的參數12
3.3.1渦旋光束的場分布12
3.3.2渦旋光束的光強13
4 大氣湍流對受限拉蓋爾-高斯光束軸上光強的影響13
4.1理論分析 13
4.2模擬結果 16
4.2.1不同發射孔徑對軸上光強的影響 16
4.2.2不同階數對軸上光強的影響 17
4.2.3 不同波長對軸上光強的影響 19
4.2.4 不同傳輸距離的軸上光強 20
結論  21
致謝  22
參考文獻  23  
1  緒論
1.1  引言
近幾年,對于非高斯激光束在湍流大氣中的傳輸的研究引起了研究人員極大的興趣。特別是引起了新型激光束在光通訊領域的研究。理論[1-3]分析研究了高階環形高斯光束在湍流大氣中傳播時的性質。當它們在湍流大氣中傳播時,這種光束的時間平均強度經歷了一些演化階段。在適中距離傳播時,光束平均能量往往集中于軸上,因此,形成了平均光束。當長距離傳輸時,初始高階環形高斯光束轉變成了普通的高斯光束[3-5]。而后又對于截面為圓管形,橢圓形,方形的光束傳輸特性作了研究[4]。
最近,光束傳輸光學渦旋引起了極大的興趣。低階拉蓋爾-高斯光束模型LG0l可作為這種光束的實例。它的強度形成一個環,由于在光束軸上的光學渦旋,它的相位是螺旋狀的。研究了中央傾角和高斯光束渦旋的性質[6],結果顯示,渦旋相比于普通的高斯光束,光束的質量更差。然而,渦旋光束的獨特功能是通過傳播光學渦旋來傳輸軌道角動量,這引起了奇點光學和包括光鑷在內的許多研究領域的發展[7]。這種光束可由計算機合成全息,衍射光學,厄米-高斯模型的轉換等多種方法實現[8]。現在許多形成方法正在發展和改善。 Matlab渦旋光束在湍流大氣中的傳輸特性模擬研究:http://www.aftnzs.live/wuli/20170117/2411.html
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