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摘要本文就涡旋光束和大气湍流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并对涡旋光束的研究动态进行了叙述。本文以椭圆高斯涡旋光束为对象,利用其光场分布公式以及广义的惠更斯- 菲涅耳原理，推导出其交叉谱密度公式通过推导其在湍流大气中传播是的光强分布公式，研究其在湍流大气中的传输变化规律。得出了椭圆涡旋光束的闪烁指数及拓扑荷对其传播的影响。65578
毕业论文关键词 涡旋光束 大气湍流 交叉谱密度 闪烁指数
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Transmission characteristics of the elliptical gaussian vortex beams in the atmospheric turbulence.
Abstract
In this paper, we summarize the basic characteristics and the principles of the vortex beams and the atmospheric turbulence, introduce the generation, transmission and application and account the research trend of vortex beams. In this paper, we use the optical field distribution formula and the generalized Huygens - Fresnel principle to get the intensity distribution formula in the atmospheric turbulence of the elliptical gaussian vortex beams, then study its’ transmission in the turbulent atmosphere. And also get the scintillation index and the effection by the pological charge on transmission.
Keywords Vortex beam Atmospheric turbulence Cross spectral density
Scintillation index
目 次
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2.1 有关湍流大气的研究状况 1
1.2.2 有关涡旋光束的研究状况 2
2 湍流大气 4
2.1 大气湍流性质 4
2.2 大气湍流对激光传播的影响 6
3 涡旋光束和光学涡旋 9
3.1 涡旋光束介绍 11
3.2 光学涡旋 12
3.3 椭圆涡旋光束的光场分布及交叉谱密度分布 14
4 模拟结果 16
4.1拓扑荷对椭圆涡旋光束光强的影响 16
4.2椭圆涡旋光束在湍流大气中传播时的闪烁指数 18
5 其它涡旋光束的介绍 20
5.1 贝塞尔高斯涡旋光束理论模型 20
5.2不同拓扑荷的BGB光束在湍流大气中的传播特性 23
结论 25
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 引言
近年来，由于电磁波在地表、湍流大气中传播是所产生的一些问题，尤其是在通信等方面正变的越来越重要。目前，科学家们对光波在随机介质中传播时的特征越来越感兴趣，伴随着激光通信、光学雷达等科学工程的发展，光束在湍流大气中的传输效应研究进入了一个崭新的阶段。
近几年，由于涡旋光束有趣的特点和广泛的应用，进行了很多有关涡旋光束产生与传播的研究。并且，有几篇关于部分相干涡旋光束在大气湍流中传播的文章。这些研究发现，光束的相对强度会被涡旋所减弱。在这些文章里，我们学习了部分相干涡旋光束在大气湍流中的传播。一些研究现象表明：部分相干涡旋光束的传播受到大气湍流的影响要小于部分相干非涡旋光束，并且低相干涡旋光束所受的影响要小于高相干涡旋光束。
1.2 当前研究现状
1.2.1 有关湍流大气的研究状况
1.2.2 有关涡旋光束的研究状况
2 湍流大气
2.1 大气湍流性质
流体的运动可以分为层流和湍流，其中，层流是指规则的运动，反之，湍流即表示不规则运动。大气湍流是大气的不规则随机运动，湍流上的每一处压强、温度等特性都随机涨落，没有规律。大气湍流经常产生于三个区域：对流云的云体内部，大气底层的边界层内，大气对流层上部的西风急流区。大气湍流不是随意就能发生的，需要具备一定的条件：（1）动力学条件：空气层中产生显著的风速切变；（2）热力学条件：空气层有一定的不稳定性，而最容易产生大气湍流的条件对流条件，即上层空气温度低于下层空气温度。各种尺度的漩涡连续分布叠加从而形成了大气湍流，漩涡尺寸最大的可达将近数百米，而最小的大约1毫米。论文网