大氣湍流中渦旋光束軌道角動量譜的擴散及修正的研究.pdf

1、自Allen在1992年指出渦旋光束具有軌道角動量（OAM）以來，人們對渦旋光束在各個領域的應用產生了極大的興趣。由于渦旋光束所攜帶的OAM量子數(shù)可為任意整數(shù)，因此理論上每一種渦旋光束可具有無窮多個OAM特征模。另外，渦旋光束各個OAM特征模之間的正交性有利于進行高速率的數(shù)據(jù)傳輸。近年來的研究表明，渦旋光束在大氣通信中具有巨大的應用潛力。然而，OAM在大氣湍流的影響下可能會發(fā)生嚴重的擴散，并進而在通信中產生嚴重的串擾。事實上，OAM擴散

2、的產生降低了通信質量，并限制了通信距離。目前已經找到了一些行之有效的方法以改善通信質量，如自適應光學等?？傮w來說，基于OAM的大氣光通信現(xiàn)在仍處于探索階段。
　　本文主要做了以下幾方面的工作：
　　1、研究了一種名叫環(huán)形光束（CiB）的渦旋光束在大氣湍流中的傳播特性。研究結果表明當CiB的參數(shù)為某些特殊值時，CiB可具有會聚特性并進而使得OAM模在大氣湍流中呈現(xiàn)出自動的恢復效應，這意味著OAM擴散可發(fā)生逆轉。這一發(fā)現(xiàn)可提高初

3、始OAM態(tài)的檢測概率，有利于改善通信質量。
　　2、證實了二維疊加OAM態(tài)在大氣湍流中可以表現(xiàn)出協(xié)同效應。協(xié)同效應意味著二維疊加OAM態(tài)的檢測概率大于它的任一部分所表示的OAM本征態(tài)。另外通過分析發(fā)現(xiàn)協(xié)同效應主要來源于二維疊加OAM態(tài)的兩個OAM量子數(shù)互相變化的概率。當這一概率減小時，協(xié)同效應變弱甚至消失。
　　3、討論了大氣湍流中的旋轉相關函數(shù)，并發(fā)現(xiàn)了具有任意波函數(shù)的OAM本征態(tài)在大氣湍流的弱浮動區(qū)域中傳播時其轉變?yōu)槠渌?/p>

4、OAM本征態(tài)的概率都具有一個固定上限。初始OAM本征態(tài)轉變?yōu)橐粋€特定OAM本征態(tài)的概率上限僅取決于初始態(tài)的OAM量子數(shù)。
　　4、研究了糾纏OAM光子對在大氣湍流中的特性。糾纏OAM光子對的制備來源于自發(fā)參量下轉換的方法。在這一方法中，泵浦光源用OAM模疊加而成。仿真結果表明，當接受態(tài)的波函數(shù)與泵浦光源的復振幅函數(shù)相一致時，檢測概率最大。另外對于糾纏情形，二維疊加OAM態(tài)的檢測概率略大于OAM本征態(tài)的檢測概率，并且這一差值在較強的