Time-dependent polarization states of high power, ultrashort laser pulses during atmospheric propagation
通过数值模拟，研究了高功率超短激光脉冲在大气传输过程中偏振态的演化。延迟旋转响应模型处理任意的，横向偏振耦合的偏振态的振幅和相位。我们发现，而圆偏振和线偏振脉冲保持其偏振，椭圆偏振脉冲成为去偏振由于左，右圆偏振状态之间的能量平衡。去极化可能对远程辐射产生方案有害，并且模糊时间积分极化测量。
2013-08-20 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
Infinitesimal propagation equation for decoherence of an OAM entangled biphoton in atmospheric turbulence
导出了轨道角动量纠缠双光子态在湍流大气中传输的退相干的一阶微分方程。推导是基于轨道角动量状态由于通过湍流大气薄层传播而经历的失真。这种失真被视为一个无穷小变换导致一阶微分方程，我们称之为一个无穷小传播方程。该方程被应用到一个简单的量子比特的情况下，以显示如何纠缠衰减。
2011-05-11 physics.optics quant-ph
Atmospheric turbulence does not change the degree of polarization of vector beams
我们提出了一个新的理论框架来证明矢量光束的偏振度不改变大气传输。受菲涅耳方程的启发，利用电磁场的连续性，导出了矢量光束通过相位屏的反射场和折射场。通过考虑真空衍射中的矢量特性和单相屏的折射特性，推广了传统的分步光束传输法。基于该矢量传输模型，我们详细计算了矢量光束在不同光束参数和湍流参数下，在自由空间和卫星链路中偏振度（DOP）的变化。我们的结果是，无论是在自由空间或卫星介导的制度，DOP的变化主要围绕$10^{-13}$到$10^{-6}$的顺序波动，这是几乎可以忽略不计。
2023-02-24 physics.optics
An optimal transport model for imaging in atmospheric turbulence
我们描述了一个新的模型，通过露天的折射率的变化（例如，由于湍流）的存在下，使用最佳传输理论的图像传播。我们描述的光子密度，或图像强度，和行波的相位之间的关系，连同一个最小作用量原理，提出了一种方法，用于近似恢复的解决方案的光子流。通过将大气传播解决方案与最佳运输相联系，我们提供了一个基于物理学（而不是现象学）的模型，用于预测图像序列的连续性引起的变化。利用模拟和真实数据来验证模型并将其与通常用于对这种类型的数据进行建模的其他现有方法进行比较。鉴于其优越的性能，在描述实验数据，新模型提出了新的算法，为各种大气成像应用。
2017-08-30 physics.optics
Infinitesimal propagation equation for atmospheric decoherence with multiphoton correlations
在此之前，一组耦合的一阶微分方程组的退相干的一对空间模纠缠光子，沿不同的路径通过湍流传播。在这里，我们扩展这种分析的情况下，两个光子沿着同一条路径，这引入了多光子相关性的影响。由此产生的方程现在包含考虑这些多光子相关性的附加项。与此同时，我们提供了一个更彻底的公式化的量子化场，从洛伦兹不变公式，然后明确打破了一个特定的传播方向的选择。后一种量化改进对最终方程形式的影响是最小的。
2011-10-17 physics.optics quant-ph
Propagation properties of partially coherent electromagnetic hyperbolic-sine-Gaussian vortex beam through anisotropic atmospheric turbulence
该研究推导了部分相干电磁双曲正弦高斯涡旋光束在各向异性大气湍流中传输的解析公式，分析了其光强、相干度、偏振度的演化规律，并通过随机相位屏模拟验证了理论结果的一致性。
2024-01-08 physics.ao-ph physics.optics
Scheimpflug cameras for range-resolved observations of the atmospheric effects on laser propagation
本文开发用于激光雷达与遥感的 Scheimpflug 相机，验证其在数米至数千米范围内高精度探测气溶胶消光和光学湍流的能力，并探讨摄影测量与制图应用。
2025-05-09 physics.optics
Optical Vortex Beam Propagation in Turbulent Atmosphere
采用归一化模型对涡旋光束在湍流大气环境中的传输进行了理论研究。模拟结果表明，涡旋光束在长距离传输的衍射特性方面优于传统的高斯光束。利用空间光调制器（SLM）实现了涡旋小光束的形成，在不考虑SLM固有损耗的情况下，其功率效率可达90%以上。
2016-12-08 physics.optics
Beam propagation simulation of phased laser arrays with atmospheric perturbations
定向能相控阵列（DEPA）系统已被提出用于新的应用，如用于远程传感器，漫游车，航天器和未来月球基地的电子用途的光束光功率，以及行星防御小行星和光子推进到相对论速度。所有这些方案都涉及通过大气的传输和由于湍流而引起的光束扰动，这些都必须量化。采用一种优化的算法对Kolmogorov大气中的光束传输和反馈控制进行了数值模拟。结果被用来量化系统设计的有效性与不同程度的大气湍流和天顶角，并且发现，放置在高海拔地点的大孔径DEPA系统能够产生稳定的衍射极限光斑（Strehl > 0.8），Fried长度r_0 > 10 cm（@500 nm），天顶角高达60度，取决于大气条件。这些结果对于下一代电力传输和深空探索应用来说是有希望的。
2021-07-02 physics.comp-ph physics.optics
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
Robust entangled qutrit states in atmospheric turbulence
光子对的纠缠量子态在大气湍流中传输时，由于受到闪烁的影响，纠缠会发生衰减。在这里，我们调查的鲁棒性对这种衰减不同的quutrit状态。我们使用一个无限小的传播方程，以获得密度矩阵作为传播距离的函数，我们使用的纠缠量子对之间的纠缠进行量化。各种初始状态的演化，因为它们通过湍流传播被认为是。通过对初始参数的优化，我们得到了保持初始纠缠长于初始最大纠缠态的二体quutrit态的表达式。
2012-11-14 physics.optics quant-ph
Spatiotemporal Tracking of Persistent, Localized Speckles in Turbulent Atmospheric Propagation
通过追踪单个散斑的时空演化，量化不同衍射和湍流尺度下的碎裂、局域化和持久性，发现小光束对退相干更鲁棒，且散斑在远超瑞利长度的距离上保持局域和持久。
2026-07-03 physics.app-ph physics.data-an physics.optics
Ring Pearcey vortex beam dynamics through atmospheric turbulence
本文数值研究了Ring Pearcey涡旋光束在湍流大气中的传播特性，发现其在强湍流和特定参数下比Ring Airy涡旋光束具有更优的孔径平均闪烁指数和光束漂移表现。
2023-08-02 physics.optics
Long-Lived Waveguides and Sound Wave Generation by Laser Filamentation
我们发现长寿命（微秒级）的光波导在大气激光灯丝的尾流。我们还观察到随之产生的声波的形成和向外传播。这些效应可用于从远处远程感应大气长寿命光学结构，这可用于各种应用。
2013-12-31 physics.optics
Vortex inverted pin beams: Mitigation of scintillations in strong atmospheric turbulence
本文研究携带轨道角动量的倒针光束，证明其在中到强大气湍流下能进一步抑制强度闪烁，从而提升自由空间光通信性能与链路可用性。
2024-08-05 physics.optics
Correlated imaging through atmospheric turbulence
研究了大气湍流背景下的相关成像，推导了湍流对图像分辨率影响的解析表达式。与直接成像相比，相关成像可以在一定程度上降低湍流的影响，重建高分辨率图像。数值模拟的结果是支持的，在其中的随机相位屏幕插入传播路径模拟的相干性引起的相位扰动。
2010-05-27 astro-ph.IM physics.optics quant-ph
Femtosecond Laser Filamentation in Atmospheric Turbulence
本文实验研究了大气湍流强度和区域对飞秒激光成丝分布的影响，发现湍流增加会导致光丝起始位置上升、长度变短、光斑变大甚至形成多丝，且横向位移标准差与湍流结构常数成正比。
2023-06-27 physics.optics
Fidelity, purity and entanglement of two-mode spatially Gaussian-entangled light fields in Turbulence Atmosphere
本文研究了双模空间高斯纠缠量子光场通过湍流大气的传输。从位置表象中双模波函数的传输公式出发，导出了经过长距离大气传输后所产生的量子态的保真度、纯度和对数负性（纠缠）的解析表达式。在此基础上，详细讨论了在不同初始双模量子态输入参数下，大气折射率对双模量子态量子特性演化的影响.结果表明，量子纠缠的最大分布距离与大气条件有很强的依赖关系：随着大气湍流的增强，最大分布距离越来越短，保真度和纯度随着传播距离的增大而下降得越来越快.在一定的大气条件下，随着初始双模空间高斯纠缠量子态的输入纠缠度的增加，保持纠缠度的最大分布距离逐渐增大，且始终存在一个饱和（上）极限，保真度和纯度的演化都受到初始双模量子态的输入参数的影响，最后讨论了在一定的大气环境下，在固定输入纠缠的情况下，双模量子态的最佳参数，以获得长距离量子纠缠的最佳传输分布。我们的理论结果对建立自由空间大气链路中的量子纠缠分布有很大的帮助。
2008-06-11 physics.optics
Scintillation index for two Gaussian laser beams with different wavelengths in weak atmospheric turbulence
研究了两束不同波长的最低阶高斯光束在弱湍流大气中的传输。使用Rytov近似，并假设一个缓慢的探测器，我们计算了一个典型的自由空间激光通信设置的闪烁指数的纵向和径向分量。我们找到了两束激光相对于纵向闪烁指数的最佳配置。我们表明，最佳的两束配置的纵向闪烁的值是小于50%以上的值相比，一个单一的最低阶高斯光束具有相同的总功率。此外，最佳双光束系统的径向闪烁比单光束情况下的径向闪烁小35%-40%。通过分析自身和交叉强度对闪烁指数的贡献，进一步了解了强度波动的减少。
2006-06-22 physics.optics
Toward defeating diffraction and randomness for laser beam propagation in turbulent atmosphere
激光在湍流大气中的远距离传输会导致光束分裂成散斑。我们发现，最强烈的散斑近似保持高斯形状和初始准直光束的直径，而在传输过程中损失能量。每1000次大气实现中就有一次在7公里距离处产生超过初始功率20%的强烈斑点。这样的最佳实现创建有效的扩展透镜，聚焦超过真空传播的衍射极限的强烈散斑。大气层的变化每隔几毫秒就发生一次。我们建议使用强烈的散斑，大大增加了时间平均的功率输送到目标平面的触发脉冲激光操作，只有在最佳实现的时候。在强散斑处产生的功率输送和激光辐照度远远超过衍射限制光束的强度和在典型实现上的平均强度。
2017-11-08 nlin.CD nlin.PS physics.optics
Robust structured light in atmospheric turbulence
本文提出大气湍流的真正本征模式，使结构光在大气传播中保持不变，并通过理论和实验验证其不变性，方法可扩展至水下和光纤等信道。
2022-05-16 physics.optics
Atmospheric Quantum Channels with Weak and Strong Turbulence
高保真光信号在远程位置之间的自由空间传输具有许多应用，包括经典和量子通信、精确导航、时钟同步等。在光通过大气湍流传播的理论中，需要仔细分析导致信号衰落和损耗的物理过程。在这里，我们推导出的概率分布的大气透射率，包括光束漂移，光束形状变形，光束展宽的影响。我们的模型，被称为椭圆光束近似，适用于弱，弱到中等，强湍流，因此在大气通信场景中的最重要的制度。
2017-07-19 physics.ao-ph physics.optics quant-ph
Non-Markovian evolution of photonic quantum states in atmospheric turbulence
将光子在湍流大气中传播的空间自由度的演化视为一个非马尔可夫过程。在这里，我们推导并求解这个过程的演化方程。湍流介质是由一系列的多相屏一般湍流条件下。非马尔可夫观点导致二阶微分方程的传播距离。该微分方程的解是在假设湍流相对较弱的情况下，借助于摄动分析得到的。我们还提供了更一般的湍流强度的另一种解决方案，但我们引入了一个简化的微分方程。
2015-12-15 physics.optics quant-ph
Phenomenology of complex structured light in turbulent air
光传播的研究一直是物理学和技术进步的基石。最近，光的控制和成形方面的进展已经引起了对光的复杂结构的传播的极大兴趣-特别是在现实的地面条件下。虽然在过去的二十年里，对这一研究问题的理论理解有了显着的增长，但复杂光结构的户外实验很少，与理论的比较几乎缺乏。这种情况表明，大气光行为的理论模型和目前的实验努力之间存在着重大差距。在这里，为了减少这个差距，我们描述了一个有趣的结果，大气模型是可行的经验观测。我们详细地分析了光在不同空间基地的传播，并提出了理论的结果，大气湍流的影响是基地相关的。具体地说，光在一个完整的基中作为本征态传播时比在不同的完整基中传播时受大气的影响更大。我们得到这些结果，利用家庭的连续可调的，完整的基础空间模式-的因斯-高斯模式。我们具体的数值结果将有望激发实验工作，并使理论和经验研究的复杂光模式在现实的情况下更紧密地联系在一起。
2020-03-08 physics.optics quant-ph
Investigating impacts of dust events on atmospheric surface temperature in Southwest Asia using AERONET data, satellite recordings, and atmospheric models
本研究利用AERONET数据、卫星记录和大气模型，分析尘暴对西南亚大气地表温度的影响，发现温度变化与尘暴强度存在时序相关性，且远离尘源的站点影响更显著。
2025-11-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.optics
Simulating Anisoplanatic Turbulence by Sampling Inter-modal and Spatially Correlated Zernike Coefficients
Purdue University（普渡大学）
模拟大气湍流是评估湍流缓解算法和训练基于学习的方法的基本任务。先进的大气湍流数值模拟器是可用的，但它们需要计算昂贵的波传播的评估。本文提出了一种模拟湍流成像的无传播方法。我们工作背后的关键思想是一种新的方法来绘制模态间和空间相关的Zernike系数。通过建立Basu，McCrae和Fiorino（2015）的到达角相关性与Chanan（1992）的多孔径相关性之间的等价性，我们表明Zernike系数可以根据定义相关性的协方差矩阵来绘制。我们提出了快速和可扩展的采样策略来绘制这些样本。新方法使我们能够压缩波传播问题到一个采样问题，从而使新的模拟器显着快于现有的。实验结果表明，该模拟器与理论和实际湍流数据有很好的匹配。
2020-06-23 astro-ph.IM cs.CV eess.IV
