引用本文：
引用本文：刘涛，吴彤，赵硕，等. 异常涡旋光束在吸收性海洋湍流中的传输特性研究[J]. 光通信技术，2024，48（5）：80-85.
刘 涛1,2,3，吴 彤1，赵 硕1，李 斌1，张荣香4，刘晨霞1,2,3
（1.华北电力大学 电子与通信工程系，河北 保定 071003；2.华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003； 3.华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003；4.河北大学 物理科学与技术学院，河北 保定 071002）
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：为了分析海水的吸收和湍流特性对涡旋光束传输性能影响，在同时考虑海水的吸收效应和湍流效应的基础上，推导出了异常涡旋光束的轨道角动量（OAM）模式探测概率的解析表达式，并详细讨论了吸收性湍流海水对异常涡旋光束的螺旋相位谱、探测概率以及串扰概率的影响。仿真结果表明：海水的吸收效应不可忽略，它会导致探测概率下降；吸收性海洋湍流会导致螺旋相位谱扩展，并且随着OAM模式数的增加，螺旋相位谱的扩展程度变大；随着海洋湍流的温度方差耗散率、温度与盐度贡献比的减小，以及湍流动能耗散率的增大，OAM模式的探测概率增大，串扰概率减小。
关键词：异常涡旋光束；海水吸收；海洋湍流；探测概率
中图分类号：TN929.1 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2024）05-0080-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.05.013
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这篇文章主要研究了异常涡旋光束在吸收性海洋湍流中的传输特性，核心要点如下：
研究背景与目的：
研究背景：涡旋光束具有携带轨道角动量（OAM）的能力，且不同OAM模式在空间上正交，可用于水下无线光通信（UWOC），提高通信容量和抗干扰能力。
研究目的：分析海水吸收和湍流特性对涡旋光束传输性能的影响，特别是针对异常涡旋光束（AV光束）的传输特性。
AV光束的传输特性：
AV光束特性：AV光束在远场可演变为优雅拉盖尔-高斯（ELG）光束或贝塞尔-高斯（BG）光束，具有高信息传输容量和抗干扰能力。
吸收效应影响：海水吸收会降低AV光束的信号强度，导致探测概率下降，且不可忽略。
湍流效应影响：海洋湍流会导致AV光束的螺旋相位谱扩展，且随着OAM模式数的增加，扩展程度增大。
探测概率与串扰概率分析：
探测概率定义：AV光束的OAM模式探测概率用于评估光束在传输过程中的能量损失和正确性。
串扰概率：OAM模式间的能量扩散导致的模式串扰会降低探测概率，增加串扰概率。
影响因素：海洋湍流动能耗散率、温度方差耗散率、温度与盐度贡献比等参数均会影响探测概率和串扰概率。
数值仿真与结果：
吸收效应：在考虑海水吸收时，AV光束的探测概率显著下降。
湍流参数影响：随着湍流动能耗散率的增加、温度方差耗散率的减小和温盐比的减小，探测概率增大，串扰概率减小。
AV与LG光束对比：AV光束在传输性能上优于LG涡旋光束，特别是在考虑吸收效应时。
仿真参数：使用特定参数（如海水吸收系数、湍流参数等）进行仿真，模拟AV光束在吸收性海洋湍流中的传输过程。
结果分析：
结论与应用：
研究结论：海水吸收和湍流效应对AV光束的水下传输特性有显著影响，不同湍流环境下AV光束的传输性能表现不同。