一、什么是渦旋光束

渦旋光束 是一類具有環(huán)形光強(qiáng)分布，螺旋型波前結(jié)構(gòu)的光束，除了具有自旋角動(dòng)量還額外具有軌道角動(dòng)量。

二、渦旋光束的傳輸特性

渦旋光束的傳輸特性，采用渦旋光束攜帶信號(hào)傳輸時(shí)，會(huì)受到大氣湍流的影響。大氣湍流會(huì)引起光束強(qiáng)度和相位的改變，導(dǎo)致誤碼率增加以及通信容量降低。研究大氣湍流對(duì)渦旋光束的影響除了對(duì)渦旋光束在大氣湍流中傳輸時(shí)湍流效應(yīng)進(jìn)行分析之外，也對(duì)光子的OAM本征態(tài)的變化情況進(jìn)行分析以及對(duì)渦旋光束的相位奇點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估。一般對(duì)于渦旋光束傳輸特性研究主要從以下兩個(gè)方面入手

1、不同渦旋光光束的傳輸特性研究，空間結(jié)構(gòu)的不同使得渦旋光束的種類眾多。例如：貝塞爾-高斯矢量光束、LG光束、橢圓渦旋光束、多階高斯-謝爾渦旋光束等;

2、渦旋光束在不同路徑上的傳輸特性研究，早期研究者一般考慮光束在大氣湍流中水平傳輸?shù)那樾?，自?001年國(guó)際電信聯(lián)盟提出了隨高度變化的大氣結(jié)構(gòu)常數(shù)模型之后，人們逐漸關(guān)注光束在大氣湍流中斜程傳輸?shù)那樾巍?

大氣湍流是一種具有隨機(jī)性的混沌介質(zhì)。當(dāng)光經(jīng)過(guò)大氣湍流時(shí)，其隨機(jī)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成折射率起伏，導(dǎo)致光束發(fā)生畸變、相干性減弱、光強(qiáng)衰減等一系列湍流效應(yīng)。這些變化在強(qiáng)湍流或長(zhǎng)距離傳輸時(shí)尤為明顯，從而嚴(yán)重制約了自由空間光通信的發(fā)展。大氣湍流是一種雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)，具有以下特性

1、湍流運(yùn)動(dòng)具有不規(guī)則的隨機(jī)特性。大氣湍流是在外力作用下產(chǎn)生的一種運(yùn)動(dòng)方式，隨外力增加，流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由層流變?yōu)橥牧?，運(yùn)動(dòng)逐漸失去穩(wěn)定性，變成不規(guī)則、雜亂無(wú)章的非線性運(yùn)動(dòng)。

2、湍流參數(shù)具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律特性。雖然湍流運(yùn)動(dòng)是一種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，但其相鄰空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)具有一定的相關(guān)特性。因此，可以采用統(tǒng)計(jì)平均法等統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)湍流進(jìn)行估算和預(yù)測(cè)。

3、湍流對(duì)初始條件敏感依賴性。洛倫茨zui早推斷出大氣對(duì)初始條件敏感這一特性，隨后貝里以精 確的數(shù)值計(jì)算結(jié)果作為對(duì)洛倫茨推斷的證明，發(fā)現(xiàn)大氣湍流對(duì)其初始條件同樣具有敏感依賴性。

大氣湍流會(huì)導(dǎo)致光折射率隨機(jī)起伏，光波在大氣湍流中傳輸時(shí)將會(huì)產(chǎn)生波前畸變以及振幅起伏，因此，將引起光強(qiáng)閃爍、光束擴(kuò)展、光斑漂移、到達(dá)角起伏以及光束相干性降低等大氣湍流效應(yīng)。只有通過(guò)對(duì)渦旋光傳輸特性的研究學(xué)習(xí)，我們才能夠更好了了解以及使用渦旋光，減少渦旋光在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中的信號(hào)失真，以及如何降低誤碼率。