Multifractal characteristics of optical turbulence measured through a single beam holographic process
我们以前已经表明，偶氮聚合物薄膜暴露于相干光，已通过湍流介质产生的表面浮雕光栅包含有关的湍流强度的信息，例如，作为表面参数的函数的折射率结构常数C2之间的关系获得。在这项工作中，我们表明，这些电影捕捉更多的信息，湍流动力学。多重分形去趋势波动和分形维数分析从图像的表面粗糙度所产生的光对偶氮聚合物揭示相关的光学湍流的缩放特性。
2014-09-13 physics.optics
Rayleigh-Jeans condensation of classical light : Observation and thermodynamic characterization
对波湍流的理论研究预测，一个纯经典的随机波系统可以表现出一个凝聚过程，类似于量子玻色-爱因斯坦凝聚。我们报道了多模光纤中经典光波向凝聚态转变的实验观察，在没有热浴情况下，与以非平衡形成非线性相干结构（孤子、涡旋.）为特征的传统自组织过程相反，这里的自组织起源于经典波的平衡瑞利-金斯统计。实验结果表明，化学势在向凝聚态转变时达到最低能级，导致光纤基模的宏观布居。近场和远场测量的冷凝分数跨越过渡到冷凝与瑞利-金斯理论的定量协议。经典波凝聚的热力学表明，与量子玻色-爱因斯坦凝聚相反，热容量在凝聚态中取恒定值，并且在正常态中趋于消失。我们的实验提供了一个自组织的相干现象，这是完全由经典光波的统计平衡特性驱动的演示。
2020-07-23 physics.optics
Optical air waveguides in strong turbulence
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）
本研究针对丝化空气光波导在大气湍流中的可行性问题，通过实验和模拟突破了其湍流极限数个数量级，明确了湍流的两个关键限制，证明其可在近地面强湍流下用于千米级光传输。
2026-09-03 physics.optics
Optical Rogue Waves in Vortex Turbulence
我们提出了一个时空机制产生二维光学流氓波的存在下的湍流状态的创建，相互作用和湮灭的光学涡旋。在具有外部驱动的复杂Ginzburg-Landau和Swift-Hohenberg模型中，具有束缚相位的空间周期结构失去了对相位无束缚湍流状态的稳定性。当泵浦高而外部驱动低时，同步振荡是不稳定的，并导致具有高振幅偏移的时空湍流。非线性放大导致流氓波接近湍流光学涡旋，振幅趋于零，并与极端光学事件的典型长尾的概率分布函数。
2016-02-11 physics.optics
Geometric-Configuration Modulation: A Novel Free-Space Optical Communication Paradigm for $D/r_{0}\sim 5$ Turbulence Resistance
Tsinghua University（清华大学）；State Key Laboratory of Low Dimensional Quantum Physics, Tsinghua University（清华大学低维量子物理国家重点实验室）
本文提出几何配置调制（GM），一种无需自适应光学的自由空间光通信方法，利用多源几何配置编码和主动相关解调，展现对强大气湍流（D/r₀≈5）的优异抵抗能力。
2026-04-29 physics.optics
Direct observation of Rogue Waves in optical turbulence using Time Microscopy
在噪声驱动的现象和湍流中相干结构的形成是一个复杂而基本的问题。一个特别重要的结构是所谓的流氓波（RW），它是突然出现的局部和巨大的峰值。首先在海洋学中进行研究，自2007年以来，RWs在光学中得到了广泛的研究，特别是在超连续谱和光学湍流的光纤实验中。然而，这些实验中随机动力学的典型时间尺度阻止了-到目前为止-直接观察孤立的RW。在这里，我们报告的直接观察的RW，使用超快采集系统相当于显微镜在时域。RW由光纤内随机波的非线性传播产生，并以$\sim 250$ ~fs的分辨率记录。我们的实验证明了一维非线性薛定谔方程（1D-NLSE）的“呼吸者”类解在RWs形成中的核心作用
2016-03-04 physics.optics
Effect of atmospheric turbulence on propagation properties of optical vortices formed by using coherent laser beam arrays
本文研究了大气湍流对径向相干激光束列阵形成的光学顶点传输的影响。利用推广的惠更斯-菲涅耳衍射积分，解析推导了径向相干激光列阵通过湍流大气的传输公式。根据推导的公式，详细研究了大气湍流对这种激光列阵传输特性的影响。我们的主要结果表明，大气湍流可能导致光学涡旋的形成被禁止或所形成的光学涡旋消失，这与自由空间中的情况有很大的不同。在中等或弱湍流大气中，形成的具有较高拓扑荷的光学涡旋可以传播更长的距离。经过足够长距离的大气传输后，所有输出光束（即使初始相位分布不同）最终都失去涡旋特性，逐渐变成高斯型光束，此时由于湍流大气的退相干效应，输出光束实际上变成了非相干光场。
2008-06-10 physics.optics
Knots of Darkness in Atmospheric Turbulence
该研究结合实验与理论，利用相位屏模拟大气湍流并通过复场单次测量重建光学暗结，揭示其拓扑在弱湍流下保持、强湍流下可能破缺。
2024-05-08 physics.optics
Inverse design of a spatial demultiplexer for free-space optical communications: direct optimization over turbulence statistics
本文研究了自由空间光学通信中空间解复用器的设计，通过比较不同模基的功率耦合统计，发现模式的空间支持比基的选择更重要，提出了一种基于随机梯度下降的紧凑双平面折射系统逆设计方法，优化了湍流统计。
2026-03-19 physics.optics
Intelligent Mode Sorting in Turbulence with Task-Dependent Optical Neural Networks
本研究提出任务相关光学神经网络设计，利用物理配置的多模光纤储层分类OAM模式，在湍流下优于理想分解20.32%，降低数字信号处理负担。
2025-09-25 physics.optics
Wavelength-diverse transmission for turbulence-resistant free-space optical communication
Ciena Corporation（思科宁公司）
研究针对自由空间光通信受大气湍流影响易中断的问题，通过改进的偏振复用相干光收发器，利用波长分集传输信号，并经最大比合并处理，降低了中断概率，还利用波长相关性进一步降低中断概率。
2026-07-28 physics.optics
Room-temperature condensation in whispering gallery microresonators assisted by longitudinal optical phonons
我们报告的六角回音壁模式（WGM）在室温下的ZnO微丝，体现了近乎完美的多边形回音壁微谐振器的冷凝。冷凝制度是实现在UV光谱范围内，只有在低于第一纵向光学（LO）声子副本的自由ZnO A-激子跃迁的能量和非零波矢量。我们表明，多模的WGM系统和高人口的自由激子和声子与各种动量的腔激子-光子系统的准粒子与LO声子的相互作用的概率大大提高。我们进一步研究了激光WGM的远场模式图案，并证明了它们的空间相干性。
2015-01-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dramatic acceleration of wave condensation mediated by disorder in multimode fibers
经典的非线性波表现出一种凝聚现象，这种凝聚现象是由热化的自然不可逆过程引起的，类似于量子玻色-爱因斯坦凝聚。波凝聚起源于热力学平衡Rayleigh-Jeans分布的发散，这是系统的基本模式的宏观布居的原因。然而，通过非线性光学传播实现非相干波的完全热化和凝聚已知需要过大的相互作用长度。在这里，我们推导出一个离散的动力学方程描述的非平衡演化的随机波中存在的结构性障碍的介质。我们的理论表明，弱无序加速热化和凝聚的速度由几个数量级。这种违反直觉的急剧加速凝结可以为最近发现的光束自清洁现象提供自然的解释。我们在多模光纤中的实验报告了从非相干热分布到波凝结的过渡的观察，在波导捕获势的基模中凝结分数高达60%。
2020-11-10 nlin.PS physics.optics
Microcavity design for low threshold polariton condensation with ultrashort optical pulse excitation
我们提出了一种微腔结构与移动的光子阻带，使有效的非共振注入的极化激元凝聚体与光谱宽飞秒脉冲。理论上证明了这一概念，并在实验上证实了一个平面GaAs/AlGaAs多层异质结构与超短近红外脉冲泵浦，而光致发光收集监测光注入极化激元密度。由于激发波长被扫描，在我们的结构中可以达到一个制度的极化激元凝聚在一个始终较低的通量阈值比在一个国家的最先进的传统微腔。我们的微腔设计提高了极化激元注入效率的4倍，相比传统的微腔设计，当宽激发脉冲集中在740 nm的波长。最值得注意的是，当激发波长以750 nm为中心时，该改善因子达到270。
2016-05-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Experimental Investigation of Mode Diversity Reception Using an Optical Turbulence Generator and Digital Holography
模式分集接收的实验研究，使用光学湍流发生器，离轴数字全息，和数字解复用。结果证实，当在湍流条件下，特别是光束漂移下，使用多模光纤而不是单模光纤接收光场时，光纤耦合效率提高。通过接收附加模式来降低耦合损耗。
2022-06-24 eess.SP physics.optics
Beating Optical Turbulence Limits Using High Peak-Power Lasers
我们实验证明了非线性自沟道光束的能力，以抵抗双折射引起的扩展和闪烁。时空数据的850米长，可控的湍流范围，可以产生弱到强的湍流的需求。在这个范围内，大气损耗和扩散的影响是显著的。仿真结果也显示出良好的一致性与实验。
2019-05-21 physics.ao-ph physics.optics
Semi-local one-dimensional optical wave turbulence
研究空间非局部非线性介质中的一维光学波湍流，在半局部近似下推导出简化波动力学方程，揭示了新的湍流行为及其对不相干孤子结构的强依赖性。
2024-12-18 nlin.CD physics.optics
Statistics of modal condensation in nonlinear multimode fibers
本研究通过新的3D模式分解方法和加权Bose-Einstein定律，揭示了多模光纤在随机耦合与Kerr非线性下的模式功率稳态分布，发现中间功率下局部模式凝聚及孤子状态下的全局凝聚现象。
2023-06-28 nlin.PS physics.optics
Can a conventional optical camera realize turbulence-free imaging?
大气湍流是传统光学成像，特别是卫星和飞机对地成像的一个严重问题。在这里，我们报告了一种新的和实际的现象，其中无干扰的图像可以重建在传统的光学相机的基础上积累的太阳光强度和光子数波动自相关。与传统的鬼像成像不同，该方法可以获得无鬼像，成像速度与传统光学成像相当。而且，通过加入光子数波动自相关算法软件，几乎所有的光学相机，包括手机相机，都可以在不改变原有相机结构的情况下实现这一功能。
2021-09-09 eess.IV physics.optics quant-ph
Randomized Spectral Sampling for Efficient Simulation of Laser Propagation through Optical Turbulence
提出了一种基于傅里叶变换频移特性的大气湍流相位屏的生成方法。该方法产生低空间频率失真，而不需要与使用次谐波子网格的方法相关联的额外计算时间惩罚。它表明，对于有限的外尺度的大气湍流的模拟，我们的方法相对于屏幕的统计相结构函数的性能满足或超过其他方法与理论的一致性。我们概述了小规模的精度问题与建模非柯尔莫哥洛夫谱幂律使用现有的技术，并提出了一个解决方案。对于通过大气光学湍流的长距离传播的模拟，我们的方法提供了各种优势，比标准方法。
2019-09-17 physics.ao-ph physics.optics
On the Performance of Multi-Wavelength Underwater Optical Channels in the Presence of Optical Turbulence
University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）
本文研究了多波长技术在水下光通信中对抗光学湍流提升性能的效果。
2025-12-02 physics.ao-ph physics.optics
Optical Rogue Waves in integrable turbulence
我们报告光纤实验允许调查可积湍流的聚焦制度的一维非线性薛定谔方程（1D-NLSE）。我们的实验在原理上与随机初始条件下的水槽实验非常相似（见M。Onorato { \it等} E { \bf 70} 067302（2004））。利用一种新颖的光学采样装置，精确测量了部分相干光功率随时间快速波动的概率密度函数。PDF被发现从正常的法律发展到一个强大的重尾分布，从而揭示了可积湍流流氓波的形成。随机初始条件下的1D-NLSE的数值模拟定量地再现了实验。我们的研究表明，实验观察到的统计特征依赖于随机生成的相干解析解的一维NLSE，如游隼孤子。
2014-10-20 nlin.PS physics.optics
Geometric Manifold Statistics of Turbulence-Impacted Beam Propagation and Compensation in Optical Communication
Indian Institute of Space Science and Technology (IIST)（印度空间科学与技术学院）
本研究提出基于流形的统计框架，结合GMM、KDE与AIRM等方法，通过实验验证PMMA补偿器可部分恢复湍流畸变光光束的统计相干性。
2026-08-11 physics.app-ph physics.optics
Deep Learning Driven Enhancement of Optical Vortex Line Robustness in Atmospheric Turbulence
Department of Electrical and Computer Engineering, Duke University（杜克大学电气与计算机工程系）
针对大气湍流中光学涡旋拓扑不变量观测值恶化问题，提出基于三维奇异线形状几何稳定性的方法，设计Flower Beams新型结构光场并结合深度学习分类，在弱湍流分类准确率超90%，优于拓扑和光谱方法，为湍流鲁棒应用提供新方案。
2025-11-11 physics.comp-ph physics.optics
Measurement of the impact of turbulence anisoplanatism on precision free-space optical time transfer
未来的自由空间光时钟网络将需要光链路进行时间和频率传输。在这些网络的许多潜在实现中，这些链路将延伸很长的距离，并将跨越移动平台，例如地对空或地对地卫星。在这些情况下，横向平台运动与大气光学湍流的空间变化相耦合，将导致光学双向时频传输所基于的飞行时间互易性的崩溃。在这里，我们报告实验测量这种效果，通过使用基于梳状光的双向时间-频率传输在两个空间分离的光链路。我们发现只有一个适度的退化，在两个站点之间的时间同步和频率谐振，与理论吻合得很好。基于这种一致性，我们可以将这一2公里的结果外推到更长的距离，发现由于从地面到中地球轨道卫星的链路的湍流，只有几个飞秒的定时噪声增加。
2018-10-12 physics.app-ph physics.optics
Influence of Atmospheric Turbulence on Optical Communications using Orbital Angular Momentum for Encoding
我们描述了一个实验实现的自由空间11维通信系统使用轨道角动量（OAM）模式。该系统具有2.12比特/光子的最大测量OAM信道容量。量化了Kolmogorov薄相湍流对OAM信道容量的影响。我们发现，增加湍流导致信道容量的退化。我们能够通过增加检测到的OAM模式之间的间距来减轻湍流的影响。该研究对高维量子密钥分发（QKD）系统具有重要意义。我们描述了可以使用我们目前的技术构建的QKD系统。
2012-06-04 physics.optics quant-ph
All-optical turbulence mitigation for free-space quantum key distribution using stimulated parametric down-conversion
University of Ottawa（渥太华大学）；National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）；University of Rochester（罗切斯特大学）
本研究提出一种基于受激参量下转换相位共轭特性的全光动态校正方案，有效缓解大气湍流引起的空间模式畸变，提升高维量子密钥分发的安全密钥率，并在强湍流下将量子错误率降至安全阈值以下。
2025-11-03 physics.optics quant-ph
Persistence and Stochastic Periodicity in the Intensity Dynamics of a Fiber Laser During the Transition to Optical Turbulence
许多自然系统显示不同的动力学机制之间的过渡，这是很难识别的数据时，是嘈杂的和高维的。一个技术相关的例子是光纤激光器，它可以显示复杂的动力学行为，涉及数百万腔模式的非线性相互作用。在这里，我们研究了当激光泵浦功率增加时发生的层流-湍流转变。通过应用各种数据分析工具的经验强度时间序列，我们表征其持久性，并表明，在过渡时间的相关性可以精确地表示一个令人惊讶的简单模型。
2018-02-17 nlin.CD physics.optics
Turbulence-Resilient Coherent Free-Space Optical Communications using Automatic Power-Efficient Pilot-Assisted Optoelectronic Beam Mixing of Many Modes
大气湍流通常限制了自由空间光学（FSO）通信，并且当实现高灵敏度和光谱效率的相干检测时，该问题严重恶化。具体地，湍流引起从传输的高斯模式到高阶拉盖尔-高斯（LG）模式的功率耦合，导致与单模本机振荡器（LO）混合的功率的显著降低。相反，我们将频率偏移的高斯导频音与数据信号一起发送，使得两者经历类似的湍流和模态功率耦合。随后，光电检测器（PD）光电混合所有对应的光束模式对。在混合期间，自动生成导频音所经历的湍流的共轭，并补偿数据所经历的湍流，并且几乎所有阶的相同对应模式都有效地混合。我们展示了一个12 Gbit/s的16正交幅度调制（16-QAM）偏振复用（PolM）FSO链路，表现出弹性仿真湍流。湍流D/r_0~5.5的实验结果表明，与传统的相干接收机相比，混频功率损耗降低了~20 dB。因此，我们的方法可以自动恢复几乎所有捕获的数据功率，以实现高性能的相干FSO系统。
2021-01-25 eess.SP physics.optics
Enhanced Atmospheric Turbulence Resiliency with Successive Interference Cancellation DSP in Mode Division Multiplexing Free-Space Optical Links
我们实验证明了增强的大气湍流弹性在137.8 Gbit/s/模式的模分复用自由空间光通信链路通过应用连续干扰消除数字信号处理算法。通过模分复用链路中的冗余接收信道，进一步增强了湍流弹性。使用市售的模式选择性光子灯、商业转发器和基于空间光调制器的湍流仿真器来执行概念验证演示。在该链路中，成功地以低于硬判决前向纠错极限的平均误比特率发送了5个空间模式，其中每个模式承载34.46吉波特的双极化正交相移键控信号。因此，我们实现了创纪录的高模分复用和偏振分复用信道数为10，创纪录的高线速率为689.23 Gbit/s，和创纪录的高净频谱效率为13.9 bit/s/Hz的模分复用自由空间光学系统中的模拟湍流链路。
2022-07-19 eess.SP physics.optics
Structured Light in Turbulence
光通信是现代经济的组成部分，几乎取代了所有的电子通信系统。带宽的未来增长似乎即将出现，使用结构光，将信息编码到光的空间模式中，并将其传输到光纤和自由空间中，后者对于解决最后一英里和数字断开的社区至关重要。不幸的是，光的模式很容易失真，并且在自由空间光通信的情况下，湍流是一个重要的障碍。在这里，我们回顾了湍流中结构光的最新进展，首先对核心概念进行了教程式总结，然后重点介绍了该领域的最新技术。我们支持我们的审查与新的实验研究，揭示哪些类型的结构光是最好的湍流，矢量与标量光在湍流中的行为，多样性和复用的权衡，以及如何湍流模型可以利用增强的光信号处理协议。这一全面的论文将是无价的大社区感兴趣的自由空间光通信与空间模式的光。
2020-05-29 eess.SP physics.optics
Orientational Order in Liquids upon Condensation in Nanochannels: An Optical Birefringence Study on Rodlike and Disclike Molecules in Monolithic Mesoporous Silica
我们提出了高分辨率的光学双折射测量顺序填充的平行排列的纳米通道（14 nm的平均直径）与棒状（乙腈）和盘状（六氟苯）分子的阵列。我们将证明，这样的双折射等温线，同时进行光学各向同性和指数匹配的同行（新戊烷和六氟甲烷）时，允许一个表征的取向状态的封闭的液体具有高精度作为孔隙填充的函数。孔冷凝物几乎是块状的，光学各向同性的液体。对于这两个各向异性物种，我们发现，然而，一个弱的取向顺序（最多百分之几）后，在单片中孔膜缩合。它发生在第二和第三吸附层的形成，只有，并逐渐消失后，毛细管冷凝的发病。据推测，它起源于在膜-凝聚态中的圆柱形自由液-气界面处的相互作用势的完全旋转对称性的破缺，而不是在二氧化硅-液体界面处。实验结果与文献报道的分子动力学模拟结果的比较证实了这一结论。
2010-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reducing Turbulence-Induced Outages in a Deployed Terrestrial Free-Space Optical Communication Link via Interleaving
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文实验研究了地面自由空间光通信中数据交织技术，在4.6公里城市测试平台上实现了两个数量级的 outage 概率降低，并揭示了湍流强度、交织器长度与可达数据率之间的关系。
2026-06-16 cs.IT math.IT physics.optics
Room-temperature continuous-wave pumped exciton polariton condensation in a perovskite microcavity
本文在钙钛矿微腔中实现了室温连续波泵浦的极化子凝聚，阈值极低且线宽窄，并揭示了离散能级促进极化子弛豫的微观机制，为节能极化子器件奠定基础。
2024-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The crossover between lasing and polariton condensation in optical microcavities
我们研究了一个模型的光子模式偶极耦合到介质中的两个能级振荡器在存在的退相过程中引入耦合到外部浴。退相干过程可以分为对破坏或非对破坏，类似于超导体中的磁性或非磁性杂质。在不存在退相的情况下，该模型的基态是在激发光谱中具有间隙的极化激元凝聚。增加的成对破坏参数$γ$减少的差距，这成为零，在一个临界值$γ_{C1}$ ;对于大$γ$，传统的激光制度获得的方式，证明其密切类似于一个无间隙的超导体。相比之下，弱的非对破缺过程对凝聚体或间隙的存在没有定性的影响，尽管它们导致激发的不均匀加宽。
2002-04-12 cond-mat physics.optics quant-ph
Room-temperature cavity exciton-polariton condensation in perovskite quantum dots
IBM Research Europe – Zurich（IBM欧洲苏黎世研究中心）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Institute of Materials Science of Sevilla, Consejo Superior de Investigaciones Científicas − Universidad de Sevilla (CSIC-US)（塞维利亚材料科学研究所，西班牙国家研究委员会-塞维利亚大学）；Laboratory of Inorganic Chemistry, Department of Chemistry and Applied Biosciences, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院化学与应用生物科学学院无机化学实验室）；Empa − Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科学与技术研究院）
研究在室温下利用钙钛矿量子点实现极子凝聚，通过可调谐光学谐振腔中的Gaussian形变形势阱，展示了极子凝聚的超线性强度依赖性和其他特性，为极子器件开发奠定基础。
2024-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Optical Random Riemann Waves in Integrable Turbulence
本文在离焦立方一维非线性薛定谔方程的框架下研究了可积湍流。这是理论和实验上完成的，通过实现光纤实验中的散焦克尔非线性强烈主导线性色散效应。使用分散流体动力学的方法，我们表明，IT的发展可以分为两个不同的阶段，初始，预破碎阶段所描述的相互作用的随机黎曼波的系统。我们解释了IT中波强度的低尾统计，并表明渐近非线性几何光学系统的黎曼不变量代表了可观测的量，通过展示平稳的概率密度函数，为IT发展的初始阶段的统计特征提供了新的见解。
2017-05-17 nlin.PS nlin.SI physics.optics
