Influence of the Radial Index on the Stability of Laguerre-Gaussian Vortex Beams in Turbulent Media
Saint Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）；Saint Petersburg State Marine Technical University（圣彼得堡国立海事技术大学）；ITMO University（ITMO大学）
研究拉盖尔-高斯模式在湍流中的稳定性，发现高径向指数模式横向畸变小，可筛选抗湍流模式，并推导接收孔径与指数的解析关系。
2026-07-14 physics.optics
Analytical model for structured light propagation through a turbulent atmosphere
Technology Innovation Institute（技术创新研究所）
基于分步法和模式光场表示，提出解析模型研究湍流引起的相位波动如何导致光功率在空间模式间重新分布，并给出矩阵指数形式的简单解。
2026-09-04 physics.optics quant-ph
Particle-like topologies of light in turbulent complex media
Duke University（杜克大学）；University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）
研究揭示了湍流复杂介质中偏振和相位涡旋行为一致，为光学拓扑在复杂环境中的应用提供了新见解。
2026-02-27 physics.app-ph physics.optics
ML-based approach to classification and generation of structured light propagation in turbulent media
Division of Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学数学科学系）；Committee on Computational and Applied Mathematics, University of Chicago（芝加哥大学计算与应用数学委员会）；Departments of Statistics and Mathematics, University of Chicago（芝加哥大学统计学与数学系）
本文提出基于机器学习的结构光在湍流中传播的分类与生成方法，利用随机斑点扰动建模传播过程，并通过生成扩散模型增强数据集。
2026-07-09 cs.LG math.OC physics.comp-ph
Statistical properties of the laser beam propagating in a turbulent medium
我们研究了激光束在湍流介质中传播的统计特性。我们证明了在大传输距离处的光强起伏具有高斯概率密度函数，并建立了实现高斯统计依赖于激光传输距离、激光束腰、激光频率和湍流强度的定量判据。本文详细计算了激光包络对相关函数及其高阶关联函数破高斯修正。我们还讨论了散斑图中最亮点的统计特性。
2019-12-11 cond-mat.stat-mech nlin.PS physics.optics
Unified approach to paraxial propagation in uniform media and media with linear or quadratic refractive index distribution
提出统一方法，通过显式方程和矩阵表示，实现自由空间及线性或二次折射率分布介质间傍轴光传播的简单计算。
2024-05-31 physics.optics
Anomalous wave propagation in quasiisotropic media
基于边界条件和频散关系，研究了波从规则各向同性介质入射到准各向同性介质时的异常传播。研究发现，在准各向同性介质的界面上，可以发生反常负折射、反常全反射和斜向全透射。本文还讨论了准各向同性介质中E、H偏振波的布儒斯特角。结果表明，波在准各向同性介质中的传播特性与在各向同性和各向异性介质中的传播特性有很大的不同。
2006-10-15 physics.optics
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
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
The Relation Between Optical beams Propagation in Free Space and in Strongly Nonlocal Nonlinear Media
利用变量变换的方法，论证了光束在强非局域非线性（SNN）介质中的传输与在自由空间中传输的关系。自由空间中的控制方程、积分解和解析解以及传播特性可以通过一一对应的方式直接转换到SNN介质中。一对一的对应关系与惠更斯-菲涅耳积分一起产生一个有效的数值方法来描述SNN的传播。通过对SNN介质中孤子和呼吸子的传输特性与自由空间中孤子和呼吸子传输特性的比较，统一描述了SNN介质中孤子和呼吸子的存在条件和可能结构。这些结果可以应用于波演化的控制方程与SNN介质中的控制方程等价的其他情况，例如二次梯度折射率介质，或非相互作用极限下的谐波捕获玻色-爱因斯坦凝聚体。
2010-03-10 physics.optics
Nonlinear propagation of light in structured media: generalized unidirectional pulse propagation equations
单向脉冲传播方程[UPPE，Phys.Rev.E70，036604（2004）]已经为计算机辅助研究高功率超短激光脉冲的动力学提供了理论基础，并且已经成功地利用了近十年。不幸的是，它们被限制在体介质中的应用，或者，与其他近似，简单的波导几何形状，其中只有少数导模可以近似的传播波形。本文的目的是将定向脉冲传播方程推广到具有强折射率差和材料界面的结构中。我们还概述了一个数值求解框架，借鉴了单频波束传播技术的散装介质UPPE方法的组合。
2012-06-22 physics.optics
Propagation of a mutually incoherent optical vortex pair in anisotropic nonlinear media
研究了各向异性非线性光学介质中一对带相反电荷且互不相干的涡旋的传播。相互作用延迟孤立涡观察到的涡核的离域。
2003-10-29 physics.optics
Spin and Orbital angular momentum propagation in anisotropic media: theory
研究了带有轨道角动量的光束在光学各向异性介质中的传输。我们首先回顾了均匀各向异性介质的一些特性，并描述了如何修改傍轴形式主义，以进行一个新的方法处理沿单轴非均匀介质的傍轴传播的一般设置。该方法适用于描述空间变光轴位相板。
2011-05-27 physics.optics quant-ph
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
Splendeurs et misères de theory of laser beam propagation in nonlinear media
它表明，目前的理论模型利用方程描述的激光束在非线性介质中的传播，推导出的介质的介电常数的均匀性的假设下，平面波前的情况下。在这里，我们推导出完整的波的传播方程，包括不均匀性的介电常数，并提出这个传播方程在紧凑的矢量形式。虽然在电离层中的无线电波传播和分层介质中的电磁波和声波传播等狭窄的领域中，类似的方程是已知的，我们在这里开发了一种新的方法，使用这样的方程在非线性介质中的激光束的传播建模。在当前模型中推导传播方程的假设的不足之处被证明。此外，数学推导，描述的基础和验证我们以前报道的方法，通过混合的线性亥姆霍兹方程的解决方案，表示在傍轴射线光学（程函）方程表示的非线性场扰动的校正项，模拟激光束在非线性介质中的传播。与过去50年中发展起来的所有理论方法不同，我们的方法满足对应原理，因为在零长度波长的限制下，它从物理光学简化为几何光学。
2014-05-28 physics.optics
Propagation of light in linear and quadratic GRIN media: The Bohm potential
它表明，在线性和二次梯度折射率（GRIN）介质中的场传播服从相同的规则的自由传播的意义上，在自由空间中传播的字段具有（数学）的形式，可以{ \it导出}到这些特定的GRIN介质。玻姆势的引入是为了解释这种行为的原因：它通过修改原始势来改变动力学。分析了每种势的两种不同初始条件的具体情况。
2020-11-10 physics.optics
Invariant imbedding theory of wave propagation in arbitrarily inhomogeneous stratified bi-isotropic media
双各向同性介质是线性各向同性介质的最一般形式，其中电位移和磁感应强度与电场和磁场强度都有关，包括各向同性手征介质和Tellegen介质作为特例。在非均匀双各向同性介质中，两种不同极化的电磁波相互耦合。本文发展了一种研究任意非均匀分层双各向同性介质中波传播问题的广义不变嵌入法，该方法可以准确有效地求解耦合波传播问题。我们验证了它的有效性和实用性，通过应用它的几个例子，包括波在一个均匀的手征板，表面波激发的双层系统的一层Tellegen介质和金属层，和模式转换的横向电磁波到纵向等离子体振荡的非均匀Tellegen介质。与普通各向同性介质的情况相比，我们发现在双各向同性介质中，s波和p波都发生了表面波激发和模式转换。
2016-04-02 physics.optics
Optimal control of light propagation through multiple-scattering media in the presence of noise
本文研究了在测量噪声存在下相干光通过多重散射介质的传输控制问题。在我们的实验中，我们使用两步优化程序来找到最佳的入射波前。我们的结论是，通过多重散射介质的相干光传播的最佳控制的程度仅由每个单个散斑检测到的光电子的数量决定。模型预测结果与实验结果吻合较好。我们的研究结果提供了机会，通过散射介质，如生物组织在散粒噪声限制成像应用。
2013-06-18 physics.optics
A short note on the propagation of a Bessel beam in conducting media
最近，在评估使用贝塞尔光束的可能性，使用它们的新一代探地雷达（探地雷达）系统已被考虑。因此，研究贝塞尔光束在导电介质中的传输特性是很有意义的。我们在此对这一类型进行分析。具体地说，对于垂直入射，我们分析了来自一个完美的电介质和撞击在导电介质上的贝塞尔光束的传播，即由折射非均匀波产生的贝塞尔光束的传播。这一显著而出乎意料的结果是，入射贝塞尔光束即使在导电介质中传播也不改变其形状。
2010-08-19 physics.optics
Stationary and stable light beam propagation in Kerr media with nonlinear absorption with controllable dissipation patterns
本文研究了具有任意强度和耗散横向图案的光束在具有非线性吸收的自聚焦克尔介质中的稳定和鲁棒传输。当非线性吸收是由于在透明介质（例如玻璃或空气）中在高光束功率下的多光子电离时，这些光束可以产生具有定制几何形状的多个等离子体通道。它们的性质和空间特性进行了详细讨论，以及法律确定它们的自发形成从相干叠加的贝塞尔光束的不同振幅和拓扑电荷。
2017-03-06 physics.optics
Reciprocity breaking during nonlinear propagation of adapted beams through random media
自适应光学（AO）系统依赖于关于点源和接收器的互换的互易性或对称性的原理。这些系统使用从目标上或附近的低功率发射器接收的光来补偿由激光束在通过随机介质的线性传播期间获得的轮廓像差。然而，如果激光束非线性地传播，则互易性被破坏，潜在地破坏AO校正。在这里，我们研究这种崩溃的后果。虽然讨论了一般的随机和非线性介质，我们考虑克尔非线性，湍流大气的具体例子。
2016-03-23 physics.optics
A common model for superluminal propagation in absorbing atomic media and lossy metastructures
我们分析了窄带脉冲在耗散介质中共振时的超光速传播。输出波形是输入的衰减的、未失真的、时间超前的版本，其可以被解释为具有正的相对延迟的输入的两个缩放复制的干扰的结果。所提出的分析既适用于在电子谐振的无源体介质中的传播，也适用于耦合到有损耗微环谐振器的介质波导中的传播。后一种情况提供了对潜在物理现象的清晰洞察。
2008-05-29 physics.gen-ph physics.optics
Classical Propagation of Light in Spatio-Temporal Periodic Media
我们分析了电磁波在介电常数经历快速时间周期调制的介质中的传播。空间均匀和周期性介质进行了研究。均匀介质介电常数的快速周期性时间调制导致了类光子带隙现象的存在。在同时存在空间和时间周期性的情况下，电磁波谱被描述为一个四维立方体，定义了一个有效布里渊区。在空间周期和时间周期不一致的情况下，存在完全分散的点谱。
2006-10-18 physics.class-ph physics.optics
Unidirectional wave propagation in media with complex principal axes
在各向异性介质中，折射率取决于传播方向。在固定方向上的零折射率意味着波沿着该轴均匀地拉伸，从而将有效维数减少一个。在这里，我们研究二维回旋介质的折射率为零，在复值方向，发现波成为一个单一的复变量z的解析函数。对于单连通介质，这种解析性意味着电磁波的单向传播，类似于光子“拓扑绝缘体”中出现的边缘状态。对于含有空穴的介质，传播不再是单向的。我们说明了该领域的空间拓扑结构的灵敏度使用一个完全可解的例子。最后，我们提供了一个广义的变换光学，其中一个复杂的坐标变换可以用来将普通的各向异性介质最近突出的支持单向边缘状态的gyrotropic。
2018-02-09 physics.optics
Propagation of Bessel beams in absorbing media: a new generation of GPR devices?
本文研究了贝塞尔光束通过两个不同半空间限制的吸收层的传输问题。我们的方法将基于标量分析，因为这种分析被证明是一个很好的近似描述贝塞尔光束的矢量场。
2009-09-15 physics.optics
Propagation of photons in resting and moving media
光子在介质中的传播可以借助于介质的标量势和矢量势来描述。本文的主要新颖之处在于，矢量势的概念（与介质的速度有关）可以推广到介质的相对论速度。用位置相关的光子波函数描述光子的传播。提出了光子在介质中的质点速度和光子质量的新概念。
2002-07-31 physics.optics
Paraxial wave propagation in random media with long-range correlations
本文研究了折射率随机扰动的傍轴波动方程，它可以模拟光束在湍流介质中的传播。随机扰动是平稳的各向同性过程，其协方差的一般形式可以是可积的或不可积的。我们的注意力主要集中在不可积的情况下，这对应于一个随机扰动与远程相关性，这是相关的传播通过多云湍流大气。分析是在一个高频率的制度，其中前向散射近似举行。它揭示了波场的随机性是多尺度的：波前的传播时间在短距离的传播是随机的，它可以用分数布朗运动来描述。在随机旅行时间框架中观察到的波场受到长距离随机扰动的影响，并且由标准布朗场驱动的Schroedinger型方程描述。我们使用这些结果来量化散射如何导致波场的空间和光谱分量的去相关，以及由源发射的脉冲的变形。这些都是重要的问题，如成像和自由空间通信的脉冲激光束通过湍流大气的应用。我们还比较了结果与光学文献中使用的，这是基于湍流的Kolmogorov模型。
2022-05-09 math.AP physics.optics
Light propagation in inhomogeneous media, coupled quantum harmonic oscillators and phase transitions
这一贡献有两个主要目的。首先，我们展示了如何使用经典光学模型的两个耦合的量子谐振子和两个相互作用的量子场。其次，我们使用量子力学技术来解决，确切地说，光通过一个特定类型的渐变折射率介质的传播。同时，我们证明了系统存在相变。
2019-05-16 physics.optics quant-ph
Designing Refractive Index Fluids of Food Dye for Light Propagation through Scattering Media
本研究提出利用食品染料酒石黄设计折射率流体以增强并控制光在散射介质中的传播，通过光谱法和椭圆偏光法分析其光学特性，证实了食品染料在生物医学成像等领域的经济环保应用潜力。
2025-04-28 physics.app-ph physics.optics
Long distance propagation of light in random media with partially coherent sources
本文研究部分相干光束在随机介质中的远距离传播，在Itô-Schrödinger傍轴模型弱耦合区域中揭示了光束时空统计与介质统计的相互作用对闪烁效应的增强或抑制作用。
2025-08-16 math-ph math.AP math.MP
Diffraction-free and dispersion-free pulsed beam propagation in dispersive media
在自由空间中传播的脉冲贝塞尔光束经历类似于脉冲传播中的反常色散的衍射效应。然后，它示出，在正常色散材料中的脉冲贝塞尔光束可以保持衍射和色散自由由于相互抵消的衍射和群速度色散。用于局部传输的贝塞尔横向分布的大小由材料在脉冲载波频率下的色散特性确定。
2001-04-06 physics.class-ph physics.optics
Propagation of solitons in thermal media with periodic nonlinearity
研究了由聚焦层和散焦层交替构成的层状热介质中孤子的存在性及其性质。这样的结构支持强大的亮孤子，即使平均非线性是散焦。我们表明，非振荡孤子可能会形成在任何聚焦域，即使在那些位于靠近样品边缘，在均匀的热介质中，光束总是振荡时，不完全在样品中心发射。在层状介质中，稳定的多极孤子可以包含四个以上的光斑。
2008-06-18 nlin.PS physics.optics
All-optical Control of the Propagation of Intense Laser Light in Condensed Media
我们通过实验证明了在强超短激光脉冲通过氟化钡和蓝宝石等晶体的传播过程中发生的光学控制。通过旋转入射激光辐射的偏振平面来进行控制，并通过六光子吸收诱导的荧光直接可视化在体中的双折射来证明，同时，通过探测所产生的白光的光谱和空间特性来证明。
2006-08-09 physics.optics physics.plasm-ph
Anomalous propagations of electromagnetic waves in anisotropic media with a unique dispersion relation
研究了电磁波在各向同性介质和具有唯一色散关系的各向异性介质界面上的反射和折射行为。我们发现，在这种各向异性介质中，尽管$E$和$H$偏振波的色散关系相同，但$E$偏振波和$H$偏振波的折射角（无论是相还是能流）都是相反的。对于某一偏振波，其波矢和能流的折射行为也有很大的不同。研究发现，在不同的介电常数和磁导率张量符号组合下，波在各向异性介质中表现出不同的传播特性。在特殊的各向异性介质中还发现了一些有趣的传播特性，如两性折射、$E$偏振波和$H$偏振波的斜向全透射以及临界角的反演。这种特殊的各向异性介质可以通过超材料实现，并导致潜在的应用，例如制造比传统的偏振分离器效率更高的偏振分离器。
2006-05-10 physics.gen-ph physics.optics
Theory of the propagation of coupled waves in arbitrarily-inhomogeneous stratified media
本文推广了波传播的不变嵌入理论，导出了任意非均匀分层介质中任意数量的任意类型耦合波传播的新的不变嵌入方程，其中的波动方程是有效的一维方程。这样就把原来的耦合二阶微分方程的边值问题转化为耦合一阶微分方程的初值问题，从而使耦合波方程的数值求解变得容易。利用不变嵌入方程，我们可以准确、高效地计算非均匀介质中的矩阵反射系数、透射系数和波幅值。我们建立的有效性和有用性，我们的结果，将它们应用到圆偏振电磁波的传播在一维光子晶体的各向同性手征介质。我们发现在这些结构中存在三种带隙，并通过精确计算阐明了这些带隙的性质。
2004-12-20 cond-mat.other physics.optics physics.plasm-ph
Light propagation through random hyperbolic media: from a pile of sand to large scale structure of present day universe
我们分析了电磁场通过随机介质的传播，该介质由双曲型超材料域分隔正常的“椭圆”空间的区域。这种情况可能发生在一个问题中，就像9微米光通过一堆沙子传播一样常见，或者像早期宇宙中的电磁场行为一样奇异，在电弱相变之后。我们证明了随机双曲和随机“椭圆”介质中的空间场分布看起来截然不同。这种效应可能被用来估计早期宇宙中存在的磁场的大小。
2013-02-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
