УДК 535.2 Распространение и энергетика излучения. Фотометрия
УДК 621.373.8 Квантовые генераторы. Лазеры
УДК 621.391.6 Передача электрических сигналов волнами (лучами)
ГРНТИ 29.31 Оптика
ОКСО 03.03.02 Физика
ББК 223 Физика
ТБК 6135 Оптика
BISAC SCI053000 Physics / Optics & Light
Вихревые бессель-гауссовы лазерные пучки являются одним из перспективных типов вихревых пучков, поскольку в известной степени обладают свойством инвариантности. В данной работе представлена оптическая система связи, использующая вихревые бессель-гауссовы лазерные пучки. Стратегия обнаружения данной оптической системы связи основывается на ортогональности вихревых бессель-гауссовых лазерных пучков. Передатчик кодирует символы сообщения в значения топологических зарядов вихревых бессель-гауссовых лазерных пучков. На приёмнике многоканальный корреляционный детектор по величине корреляционных метрик взаимной когерентности полей вихревых бессель-гауссовых пучков определяет величину топологического заряда, т.е. символ сообщения. Представлены результаты теоретического исследования корреляционных метрик взаимной когерентности на приёмной апертуре полей вихревых бессель-гауссовых пучков с различными топологическими зарядами в турбулентной атмосфере. Выражение для функции взаимной когерентности второго порядка вихревых бессель-гауссовых пучков в турбулентной атмосфере с различными топологическими зарядами получено в параксиальном приближении с использованием расширенного принципа Гюйгенса – Френеля. При построении решения применялась квадратичная аппроксимация функции, описывающей искажающее влияние случайных неоднородностей среды. Проведён анализ корреляционных метрик взаимной когерентности на приёмной апертуре полей бессель-гауссовых пучков с различными топологическими зарядами в зависимости от оптической толщи атмосферной турбулентности. Показано, что возможность оптической системы связи, использующей бессель-гауссовы пучки, на основе кодирования по топологическому заряду пучка с многоканальным корреляционным детектором на приёмнике не ограничена существенно искажающим влиянием атмосферной турбулентности.
оптический вихрь, бессель-гауссов пучок, оптическая система связи, атмосферная турбулентность, когерентность, средняя интенсивность.
1. Trichili A., Park K.-H., Zghal M., Ooi B.S., Alouini M.-S. Communicating using spatial mode multiplexing: potentials, challenges and perspectives // IEEE Commun. Surveys & Tutorials. 2019. V. 21. N 4. P. 3175-3202. DOI:https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2915981.
2. Kupferman J., Arnon Sh. Direct detection receiver for vortex beam // J. Opt. Soc. Am. A. 2018. V. 35. N 9. P. 1543-1547. DOI:https://doi.org/10.1364/JOSAA.35.001543.
3. Shao W., Huang S., Liu X., Chen M. Free-space optical communication with perfect optical vortex beams multiplexing // Opt. Commun. 2018. V. 427. P. 545-550. DOI:https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.06.079.
4. Guo Z., Wang Z., Dedo M.I., Guo K. The orbital angular momentum encoding system with radial indices of Laguerre-Gaussian beam // IEEE Photon. J. 2018. V. 10. N 5. 7906511. DOI:https://doi.org/10.1109/JPHOT.2018.2859807.
5. Wang Z., Zhang N., Yuan X.-C. High-volume optical vortex multiplexing and de-multiplexing for free-space optical communication // Opt. Express. 2011. V. 19. N 2. P. 482-492. DOI:https://doi.org/10.1364/OE.19.000482.
6. Gu Y. Statistics of optical vortex wander on propagation through atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Am. A. 2013. V. 30. N 4. P. 708-716. DOI:https://doi.org/10.1364/JOSAA.30.000708.
7. Yang J., Zhang H., Zhang X., Li H., Xi L. Transmission characteristics of adaptive compensation for joint atmospheric turbulence effects on the OAM-based wireless communication system // Appl. Sci. 2019. V. 9. N 5. 901. DOI:https://doi.org/10.3390/app9050901.
8. Chen M., Dholakia K., Mazilu M. Is there an optimal basis to maximize optical information transfer? // Sci. Rep. 2016. V. 6. 22821. DOI:https://doi.org/10.1038/srep22821.
9. Eyyuboglu H.T. Optical communication system using Gaussian vortex beams // J. Opt. Soc. Amer. A. 2020. V. 37. N 10. P. 1531-1538. DOI:https://doi.org/10.1364/JOSAA.400899.
10. Лукин И.П. Когерентность бессель-гауссовых пучков, распространяющихся в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30. № 8. С. 672-681; Lukin I.P. Coherence of Bessel-Gaussian beams propagating in a turbulent atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31. N 1. P. 49-59. DOI:https://doi.org/10.1134/S1024856018010098.
11. Lukin I.P., Lukin V.P. Propagation of a partially coherent Bessel-Gaussian beam in a uniform medium and turbulent atmosphere // Photonics. 2024. V. 11. N 6. 562. DOI:https://doi.org/10.3390/photonics11060562.
12. Chen C., Yang H., Tong S., Lou Y. Changes in orbital-angular momentum modes of a propagated vortex Gaussian beam through weak-to-strong atmospheric turbulence // Opt. Express. 2016. V. 24. N 7. P. 6959-6975. DOI:https://doi.org/10.1364/OE.24.006959.
13. Andrews L.C., Phillips R.L. Laser beam propagation through random media. Second edition. – Bellingham, Washington: SPIE Press, 2005. – 783 p. DOI:https://doi.org/10.1117/3.626196.
