Vectorial Control of Scintillation in Kolmogorov Turbulence and Quality Parametrization
Indian Institute of Space Science and Technology (IIST)(印度空间科学与技术研究所(IIST))
通过极化耦合高阶相关性实现时空闪烁抑制,利用偏振控制减少光束闪烁,提高自由空间光通信性能。
2026-10-08 physics.optics
Turbulence Impacted Wavefront Corrections Using Beam Modulation Technique
本文提出一种利用涡旋相位板与伪随机相位板的光束整形技术,通过实验测量不同拓扑荷LG光束的闪烁指数,以抑制Kolmogorov型湍流影响并实现波前校正。
2025-10-25 physics.optics
Turbulence Impacted Beam Statistics and Image Topology with Lorentz Dipole Oscillation
本研究提出结合GMM与SPD矩阵流形的信息几何框架,量化湍流影响下的光束图像相似性,经PMMA平板实验验证有效性,为湍流光学分析及FSO通信等应用提供基础。
2025-10-01 physics.app-ph physics.data-an physics.optics
General Scintillation for Gaussian Beam Propagating through Oceanic Turbulence and UWOC System Performance Evaluation
本文推导了弱海洋湍流中高斯光束闪烁指数的通用闭合表达式,涵盖非零Kolmogorov微尺度情形,并利用Argo实测数据分析了闪烁指数和误码率随各参数及深度的变化,为UWOC系统设计优化提供依据。
2024-06-17 physics.ao-ph physics.optics
Limits on Wave Optics Simulations of Plane Wave Propagation in Non-Kolmogorov Turbulence
我们推导出限制波动光学模拟平面波传播的非柯尔莫哥洛夫湍流使用分裂步骤的方法和薄相屏。这些限制是用来通知两个模拟活动,其中体积湍流强度和归一化强度方差的各种非柯尔莫哥洛夫幂律之间的关系。我们发现,模拟较小的幂律是有限的湍流强度与Rytov数为7时,模拟边长采样率为8192。在这些相同的条件下,对于Kolmogorov幂律和更高的Rytov数,可以模拟体积湍流强度到12。我们发现,峰值闪烁和Rytov数出现峰值闪烁单调增加与幂律。在湍流强度一定的情况下,闪烁指数与幂律之间的关系取决于工作状态。在弱湍流中,这种关系是负的,而在较强的湍流中,它是正的。这项工作还强调了适当缩放湍流强度的重要性,并将结果与不同的幂律进行比较,以及在这些模拟中定义内外尺度的影响和重要性。
2022-08-07 physics.optics
Biphoton states in correlated turbulence
分析了湍流对光子对在同一介质中共同传播的影响。的行为进行比较的情况下,这些光子分别通过不同的湍流介质传播。通过推导和求解无穷小传播方程,用多相屏方法进行分析。我们应用这些结果的情况下,初始光子纠缠在其空间自由度的援助下,自发参量下转换。结果表明,对于该输入态,在弱闪烁近似下,关联介质中纠缠的衰减比非关联介质中的衰减快。在弱闪烁近似下,当纠缠接近于零时,相关介质中的纠缠衰减较慢-作为闪烁强度的函数渐近地接近于零。这是相反的情况下,在不相关的介质中,纠缠成为零,在有限的闪烁强度。
2016-12-08 physics.optics quant-ph
Reduction of laser intensity scintillations in turbulent atmospheres using time averaging of a partially coherent beam
我们通过实验和数值模拟证明,部分相干光束(PCB)与时间平均相结合的应用导致闪烁指数显着降低。我们使用一个简化的实验方法,其中大气湍流模拟的相位扩散。的散斑大小,相位调制的幅度,和大气湍流的强度的作用进行检查。我们得到很好的协议,我们的数值模拟和我们的实验结果。该研究为物理大气中基于PCB的闪烁减少方法的未来应用提供了有益的基础。
2009-06-24 physics.comp-ph physics.optics
Passive scintillometer: Theory and proof of concept
我们提出了一种低成本的被动式湍流计的设计,通过分析两个区域之间的均匀,但不同的亮度的直边的图像中的闪烁来测量光学湍流的强度。基于相位屏和严格的路径积分传播成像模型,提出了两种理论方法来描述湍流。两种模型的渐近分析导致四个不同的成像情况。我们提出了两个统一的近似,涵盖了最有前途的结论,为被动微波计的应用。闪烁强度和闪烁区的宽度都可以用来估计湍流强度。我们提出了概念验证实验的结果,其中专门制作的目标的图像由配备有长焦镜头的消费级相机拍摄。我们描述的图像处理,分离的目标特性的湍流。计算了三个光谱波段和几个孔径下图像方差的空间分布。正如预期的那样,闪烁主要集中在尖锐的边缘,而在目标的均匀明亮部分则不存在。观察到的边缘闪烁的方差在理论范围内,并提供合理的估计的湍流结构常数在三个光谱带。然而,闪烁区的宽度和对孔径的依赖性与用于较大孔径的薄透镜成像理论不一致。我们将此归因于对条形目标的附加台架测试显示,相机和透镜分辨率远低于标称薄透镜衍射极限,并且应使用不同的光学设置以利用波动的空间分布和孔径依赖性。
2021-06-28 physics.ins-det physics.optics
Observing the decay of orbital angular momentum entanglement, through experimentally simulated turbulence
研究了其中一个光子在Kolmogorov湍流中传播时,轨道角动量(OAM)纠缠二体光子态的演化,并以纠缠度作为纠缠度的度量.进行量子态层析成像以针对一系列闪烁强度重建两个量子位密度矩阵。我们的结果给出了第一个直接的实验确认现有的理论,由于大气湍流的纠缠衰变。我们还展示了模式散射如何随着闪烁的增加而增加,并且我们讨论了由于大气湍流而导致的纠缠耗散对自由空间量子通信的影响。
2012-10-10 physics.optics quant-ph
Measuring Phase Errors in the Presence of Scintillation
强湍流条件通过近场衍射效应产生振幅像差。当在长光程长度上积分时,振幅像差(被视为闪烁)可以使相干光束的记录图像中的局部区域无效,从而使波前重建过程复杂化。为了估计望远镜光束控制系统在强湍流环境下的相位畸变,自适应光学的波前传感器(WFS)必须对闪烁具有鲁棒性。我们已经设计并建造了一个WFS,我们称之为“菲涅耳传感器”,它使用近场衍射来测量中等到强湍流条件下的相位误差。系统的研究其灵敏度进行了实验室实验,使用点源信标。然后将结果与Shack-Hartmann WFS(SHWFS)进行比较。当SHWFS在存在中等湍流的情况下经历辐照度衰减时,菲涅耳WFS继续常规地提取相位信息。对于闪烁指数为$S = 0.55$,我们表明,菲涅耳WFS提供了一个因素的$9\times$增益的灵敏度超过SHWFS。我们发现,菲涅尔WFS是能够与极低的光水平,对应于一个信噪比只有$\mbox{SNR}\approx 2-3$每像素的操作。这种器件非常适合于相干光束传播、激光通信、遥感以及涉及长光程、沿地平线的位置线和微弱信号的应用。
2020-12-22 astro-ph.IM physics.optics
Evolution of moments in atmospheric scintillation
本文推导了光量子态在大气湍流中传播时矩的演化方程,这些方程源于包含所有时空自由度的特征泛函演化方程,使得无需知道精确最终态即可用矩表示测量量,并以初始相干态为例。
2025-09-12 physics.optics quant-ph
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
Inverted pin beams for robust long-range propagation through atmospheric turbulence
本研究提出一类空间分布呈“倒针”形态的新型光束,经渐近分析其近轴横向振幅为贝塞尔函数且传输中宽度渐增,数值实验显示其以闪烁指数衡量的抗大气湍流性能优于多种优化后的常规光束,在中强起伏区优势明显。
2023-10-02 physics.optics
Scintillation Reduction for Laser Beams Propagating Through Turbulent Atmosphere
我们数值研究了相干和部分相干激光束在湍流大气中传输的空间演化,包括光学涡旋。分析了相对于传播轴(z轴)的光束分裂和漂移对探测器处信号的闪烁指数(SI)值的影响。这些研究是针对探测器的不同尺寸、传播距离和大气湍流强度进行的。描述了用于显著降低闪烁指数的方法。这些方法利用在一组部分相干光束(PCB)上的检测器处的信号的平均。它表明,最有效的方法是使用一组的PCB与确定的初始方向的传播相对于z轴。这种方法导致了对光束漂移的显著补偿,在许多情况下,光束漂移是SI的主要贡献者。一种新颖的方法是通过组合两种激光束-高斯光束和涡旋光束,以不同的频率(这两种频率之间的差异明显小于频率本身)来产生PCB。在这种情况下,SI的有效抑制不需要高频调制器。这一结果对于通过湍流大气实现长距离激光通信的千兆数据速率是重要的。
2010-11-16 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.comp-ph
Fourth-order moment of the light field in atmosphere for moderate and strong turbulence
用无碰撞玻尔兹曼方程描述了部分饱和和完全饱和状态下的强度关联,给出了光子在相空间的分布函数。在中强湍流情况下,得到了光场四阶矩的显式表达式。这种表达式由两个项组成,这两个项占相空间中独立地贡献于关联函数的两个区域。结果表明,本解与以前的结果完全饱和的制度。此外,它体现了部分饱和辐射的影响,其中光子轨迹的相关性是重要的,闪烁指数的幅度远高于单位。利用四阶矩研究了有限探测器孔径对透过率的影响。
2021-07-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.optics
Fluctuations of the aperture-averaged orbital angular momentum after propagation through turbulence
在最近的文献[1]中,我们指出了标量波傍轴传播时,横向线动量和轨道角动量(OAM)与波的相干函数有关。虽然这两个量在自由空间传播过程中是守恒的,但它们在随机非均匀介质中的光束传播中会发生波动。在此,我们提出了一个扩展的这种理论的情况下,OAM波动的球面波拦截的有限孔径。基于球面波在随机非均匀介质中传播的四阶相干函数的Feynman路径积分解的渐近展开式,建立了弱涨落和强涨落条件下孔径平均OAM方差的完整渐近理论.我们表明,“平方根”的法律,并为孔径平均OAM的弱/强波动条件是不确定的入射波的闪烁指数的值。
2018-01-09 physics.optics
Robust autofocusing propagation in turbulence
该研究对比了多种自聚焦光束与高斯光束在湍流复杂环境中的传播特性,证实自聚焦光束在强度波动、相干性、闪烁指数等方面更稳定,为复杂环境下光操控等应用的光束选型提供参考。
2023-08-27 physics.optics
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
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
Wide-range Prandtl/Schmidt number power spectrum of optical turbulence and its application to oceanic light propagation
光的湍流海洋的影响,可以充分的特点与水的折射率波动的功率谱的帮助下,从两个标量,温度和盐度浓度平流的速度场的综合作用。在通过湍流海洋通道的光演化的分析中经常使用的Nikishovs模型[ Fluid Mech.Res.27,8298(2000)]是温度谱、盐度谱和它们的共谱的线性组合,每个谱由Hill [J. Fluid Mech.88,541562(1978)]在他的四个建议模型的第一个。希尔模型的第四个提供了比第一个更精确的功率谱,该功率谱通过没有封闭形式解的非线性微分方程表示。我们开发了一个精确的解析近似的第四希尔的模型有效的普朗特/施密特数在区间[3,3000],并使用它的发展更精确的海洋功率谱。为了说明我们的模型的优点,我们包括有关的球面波闪烁指数在不同的平均温度,因此,不同的普朗特数的温度和不同的施密特数的盐度的水下湍流通道演变的数值例子。由于我们的模型适用于大范围的普朗特数(或/和施密特数),它可以很容易地调整到海洋水域的季节性或极端的平均温度和/或盐度或任何其他湍流流体与一个或几个平流量。
2019-09-19 physics.ao-ph physics.optics