大气湍流中贝塞尔-高斯涡旋光束传播性能分析

为了研究涡旋光束在湍流大气中的传输特性,根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法,对贝塞尔-高斯光束在大气湍流中的传输过程进行了理论分析和数值仿真; 采用次谐波补偿法产生随机相位屏来模拟大气湍流,解决了大气湍流模拟时存在低频成分不足的问题。结果表明,除了湍流强度外,传输距离、拓扑荷数、激光波长等也成为影响贝塞尔-高斯涡旋光束质量的主要因素; 湍流越强,光束的环形光强越弱,相位畸变越严重,光强起伏越明显,且逐渐退化为普通高斯光束; 随着传输距离的增加,涡旋光束扩散现象明显,最终退化为普通高斯光束; 波长越长,则涡旋光束抑制湍流能力越强,环形光强越强,相位畸变程度会得到逐步改善; 拓扑荷数越小,涡旋光束会最先退化为普通高斯光束,相位畸变程度越弱。该结果对于研究涡旋光束在自由空间光通信中的传输是有帮助的。     

涡旋光束和光学涡旋

就涡旋光束和光学涡旋的基本特征和原理进行了概述,对其产生、传播及应用进行了介绍.对涡旋光束和光学涡旋的研究动态进行了叙述,并对其未来的研究和应用前景进行了展望.     

The Flow Resistance and Heat Transfer Characteristics of Micro Pin-Fins with Different Cross-Sectional Shapes

The flow resistance and heat transfer characteristics of deionized water flowing through a rectangular channel (60 mm × 5.2 mm × 0.5 mm) with staggered array micro pin-fin circular, diamond, and elliptical groups are experimentally investigated over Reynolds numbers ranging from 8 to 1,000, and the investigation shows that the flow resistance increases due to the endwall effect and large pin-fins density at low Re. With the increase in Re, the endwall effect is weakened, but the flow resistance still increases due to the appearance of vortex resistance, and the heat transfer is enhanced due to the flow disturbance or transition from laminar flow to turbulent flow. The experimental results are also compared with predictions of the theoretical correlations for the staggered array micro pin-fin groups, and the comparisons indicate that only the correlation related to the diamond shaped micro pin-fin groups approximately agrees with experimental data, and the other correlations do not describe well the flow and heat transfer characteristics covering laminar, transitional, and turbulent states in circular and elliptical test sections.     

基于光载无线技术的毫米波轨道角动量多维联合调制/解调研究

提出了一种基于光载无线(ROF)技术的W波段涡旋毫 米波生成及轨道角动量(OAM)多维联合调制 /解调方法。采用ROF技术在光域对微波源进行倍频生成W 波段光学毫米波,并通 过集成光调制 器对光学毫米波的相位和幅度进行调控。通过合理调控圆环天线阵列(CAAs)的辐射毫米波 相移,从而实 现涡旋毫米波的生成以及状态切换。同时,设计了64阶OAM、幅度和 相位的三维联合调制格式, 并通过模拟仿真,成功实现了75Gbit/s高阶联合调制信号的调制/解 调。研究结果表明,OAM 作为一个新 的物理维度不仅可以通过复用来实现传输容量密度的提升,同时也可以作为调制手段实现 传输容量的提 升,在提高无线频谱效率以及保密通信中具有重要的潜在应用价值。     

离轴高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的传输分析

研究高斯光束经螺旋相位板和轴棱锥产生高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的离轴传输情况,对于离轴高阶贝塞尔-高斯光束的成因、 光强分布操控、光斑定位等实际应用具有一定的理论指导意义。利用菲涅尔衍射积分的卷积算法(Triple fast Fourier transform, T-FFT)对离轴高阶贝塞尔-高斯涡旋光束进行仿真分析,着重研究了螺旋相位板和轴棱锥的错位参数、拓扑荷数 以及传输距离等参数对光束带来的影响。分析表明:离轴高阶贝塞尔-高斯光束具有不均匀的光强分布,由于轴棱锥的偏移, 光束会整体发生偏移,传输不同距离光强不均匀分布情况不同,不同的拓扑荷数只影响光斑的扩展,螺旋相位板和轴棱锥离 轴参量值的多种组合会导致多种不同的光强分布情况,甚至出现暗核偏移。     

混合光环晶格的实验研究

混合光环晶格是由束腰半径相同、拓扑电荷数分 别为整数和分数的两束拉盖尔-高斯(LG,Laguerre-Gaussian)涡旋光束共轴叠加 而成。本文理论模拟产生了混合光环晶格,包括混合亮环晶格和混合暗环晶格;基于共轭对 称延拓傅里叶 计算全息生成了混合光环晶格的全息图,并利用反射式空间光调制器(SLM),光电再现了高 质量的混合光环 晶格,实验结果与理论模拟一致。研究表明,混合光环晶格可以揭示拓扑电荷数的变化对 光环晶格的光束 分布影响,对深入理解复合涡旋光束提供了实验依据。     

基于微扰法研究涡旋光束在大气中传输的热晕效应

基于一阶微扰法,推导了涡旋光束在大气中传输的稳态热晕解析表达式,并得到了由热晕引起的涡旋光束的相位畸变表达式.通过数值模拟涡旋光束在大气中传输的光强等值线分布,详细分析了传输距离、初始功率、横向风速、大气吸收系数和初始半径对涡旋光束热晕的影响.研究结果表明,在其他参数不变的情况下,单一增大涡旋光束的初始功率、传输距离和...     

涡旋光束经过环形孔径的衍射特性的研究

对涡旋光束经过环形孔径之后的衍射特性进行了研究。从理论和实验上研究了涡旋光束经过环形孔径的衍射情况,考虑了整数阶涡旋光束和分数阶涡旋光束的衍射光强图,并讨论了拓扑电荷数对衍射图样的影响。研究表明,拓扑电荷数与光强分布紧密相关,这一现象可以用于测定涡旋光束拓扑电荷数。     

旋转二维光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体量子涡旋研究

基于Gross–Pitaevskii(G-P)方程的数值模拟,研究了旋转二维光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚气体量子涡旋的动力学性质,分析了光晶格常数d、光晶格深度 对量子涡旋的影响。结果表明：随 增加量子涡旋形成过程变快,通过计算系统自由能随时间的演化分析了这一动力学行为的物理本质; 大于50时出现针钉效应,即量子涡旋被光晶格固定在势能极值点;d大于2.7dc（dc为临界常数）时出现涡旋-反涡旋对。     

基于小波变换和共生矩阵的涡结构识别

提出一种新的涡结构识别方法。把折射率场经小波变换后的系数矩阵等效为具有一定纹理结构的图像,计算其共生矩阵及其统计量,以此进行涡结构识别。与小波分解后直接提取特征量的识别方法相比,该方法从空、频角度更加准确全面地表征湍流涡结构模式。计算机仿真结果证明了该方法的有效,为基于涡结构的光学传输精确建模奠定了基础。