(43-3) 05 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Распространение пучков бесселя и суперпозиций вихревых пучков в атмосфере

Васильев В.С., Капустин А.И., Скиданов Р.В., Ивлиев Н.А., Подлипнов В.В., Ганчевская С.В 

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

 PDF, 1407 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-376-384

Страницы: 376-384.

Аннотация:
Описывается эксперимент по прохождению пучков Бесселя через атмосферу с тепловыми потоками. Показано, что на малых расстояниях пучок Бесселя при прохождении области с тепловыми потоками может искажаться до полной потери структуры, но при дальнейшем распространении на большие расстояния полностью её восстанавливает. Показано, что пучки Бесселя не могут быть использованы в системах связи на больших дистанциях. Также описывается эксперимент с прохождением суперпозиций вихревых пучков через атмосферу с тепловыми потоками и аэрозолями. Показано, что такие пучки при прохождении области с тепловыми потоками также сохраняют свою структуру.

Ключевые слова:
пучки Бесселя, распространение когерентного излучения в атмосфере, аксикон, вихревой аксикон

Цитирование:
Васильев, В.С. Распространение пучков Бесселя и суперпозиций вихревых пучков в атмосфере / В.С. Васильев, А.И. Капустин, Р.В. Скиданов, Н.А. Ивлиев, В.В. Подлипнов, С.В. Ганчевская // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 3. – С. 376-384. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-376-384.

Литература:
  1. Xu, Y Bandwidth-limited orbital angular momentum mode of Bessel Gaussian beams in the moderate to strong non-Kolmogorov turbulence / Y. Xu, Y. Zhang // Optics Communication. – 2019. – Vol. 438. – P. 90-95.
  2. Soifer, V.A. Vortex beams in turbulent media: Review / V.A. Soifer, О. Korotkova, S.N. Khonina, Е.А. Shchepakina // Computer Optics. – 2016. – Vol. 40(5). – P. 605-624. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-5-605-624.
  3. Boufalah, F. Introduction of generalized Bessel–Laguerre–Gaussian beams and its central intensity travelling a turbulent atmosphere / F. Boufalah, L. Dalil-Essakali, L. Ez-zariy, A. Belafhal // Optical and Quantum Electronics. – 2018. – Vol. 50, Issue 8. – 305.
  4. Lukin, I.P. Coherence of Bessel-Gaussian beams propagating in a Turbulent atmosphere / I.P. Lukin // Atmospheric and Oceanic Optics. – 2018. – Vol. 31, Issue 1. – P. 49-59.
  5. Li, Y. OAM mode of the Hankel-Bessel vortex beam in weak to strong turbulent link of marine-atmosphere / Y. Li, Y. Zhang // Laser Physics. – 2017. – Vol. 27, Issue 4. – 045201.
  6. Saad, F. A theoretical study of the on-axis average intensity of generalized spiraling Bessel beams in a turbulent atmosphere / F. Saad, E.M. El Halba, A. Belafhal // Optical and Quantum Electronics. – 2017. – Vol. 49, Issue 3. – 94.
  7. Yuan, Y. Beam wander relieved orbital angular momentum communication in turbulent atmosphere using Bessel beams / Y. Yuan, T. Lei, Z. Li, Y. Li, S. Gao, Z. Xie, X. Yuan // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7. – 42276.
  8. Zhu, Y. Propagation of the OAM mode carried by partially coherent modified Bessel-Gaussian beams in an anisotropic non-Kolmogorov marine atmosphere / Y. Zhu, M. Chen, Y. Zhang, Y. Li // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. – 2016. – Vol. 33, Issue 12. – P. 2277-2283.
  9. Zhang, Y. Numerical investigation of flat-topped vortex hollow beams and Bessel beams propagating in a turbulent atmosphere / Y. Zhang, D. Ma, X. Yuan, Z. Zhou // Applied Optics. – 2016. – Vol. 55, Issue 32. – P. 9211-9216.
  10. Lukin, I.P. Spatial scales of coherence of diffraction-free beams in a turbulent atmosphere / I.P. Lukin // Atmospheric and Oceanic Optics. – 2016. – Vol. 29, Issue 5. – P. 431-440.
  11. Li, Y. Statistical distribution of the OAM states of Bessel-Gaussian-Schell infrared beams in strong turbulent atmosphere / Y. Li, Y. Zhang, D. Wang, L. Shan, M. Xia, Y. Zhao // Infrared Physics and Technology. – 2016. – Vol. 76. – P. 569-573.
  12. Lukin, I.P. Integral momenta of vortex Bessel-Gaussian beams in turbulent atmosphere / I.P. Lukin // Applied Optics. – 2016. – Vol. 55, Issue 12. – P. B61-B66.
  13. Teen, Y.P.A. Study on intensity distributions of a BG beam with effect of tilt and astigmatism aberration in a turbulent atmosphere / Y.P.A. Teen, P. Suresh, T. Nathiyaa, K.B. Rajesh, T.V.S. Pillai // Optik. – 2015. – Vol. 126, Issue 23. – P. 3830-3837.
  14. Wang, X. Evolution properties of Bessel-Gaussian Schell-model beams in non-Kolmogorov turbulence / X. Wang, M. Yao, Z. Qiu, X. Yi, Z. Liu // Optics Express. – 2015. – Vol. 23, Issue 10. – P. 12508-12523.
  15. Aksenov, V.P. Random wandering of laser beams with orbital angular momentum during propagation through atmospheric turbulence / V.P. Aksenov, V.V. Kolosov, C.E. Pogutsa // Applied Optics. – 2014. – Vol. 17. – P. 3607-3614.
  16. Nelson, W. Propagation of Bessel and Airy beams through atmospheric turbulence / W. Nelson, J.P. Palastro, C.C. Da­vis, P. Sprangle // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. – 2014. – Vol. 31, Issue 3. – P. 603-609.
  17. Zhu, K. Study on the propagation parameters of Bessel-Gaussian beams carrying optical vortices through atmospheric turbulence / K. Zhu, S. Li, Y. Tang, Y. Yu, H. Tang // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. – 2012. – Vol. 29(3). – P. 251-257.
  18. Lukin, I.P. Bessel-Gaussian beam phase fluctuations in randomly inhomogeneous media / I.P. Lukin // Atmospheric and Oceanic Optics. – 2010. – Vol. 23(3). – P. 236-240.
  19. Cang, J. Axial intensity distribution of truncated Bessel-Gauss beams in a turbulent atmosphere / J. Cang, Y. Zhang // Optik. – 2010. – Vol. 121, Issue 3. – P. 239-245.
  20. Zhu, K. Propagation of Bessel-Gaussian beams with optical vortices in turbulent atmosphere / K. Zhu, G. Zhou, X. Li, X. Zheng, H. Tang // Optics Express. – 2008. – Vol. 16, Issue 26. – P. 21315-21320.
  21. Eyyuboǧlu, H.T. Intensity fluctuations in J-Bessel-Gaussian beams of all orders propagating in turbulent atmosphere // H.T. Eyyuboǧlu, E. Sermutlu, Y. Baykal, Y. Cai, O. Korotkova // Applied Physics B: Lasers and Optics. – 2008. – Vol. 93, Issue 2-3. – P. 605-611.
  22. Chen, B. Propagation of partially coherent Bessel-Gaussian beams in turbulent atmosphere / B. Chen, Z. Chen, J. Pu // Optics & Laser Technology. – 2008. – Vol. 40, Issue 6. – P. 820-827.
  23. Eyyuboǧlu, H.T. Propagation of modified Bessel-Gaussian beams in turbulence / H.T. Eyyuboǧlu, F. Hardalaç // Optics and Laser Technology. – 2008. – Vol. 40, Issue 2. – P. 343-351.
  24. Noriega-Manez, R.J. Rytov theory for Helmholtz-Gauss beams in turbulent atmosphere / R.J. Noriega-Manez, J.C. Gutiérrez-Vega // Optics Express. – 2007. – Vol. 15, Issue 25. – P. 16328-16341.
  25. Zhu, X. Transmission matrix-based Electric field Monte Carlo study and experimental validation of the propagation characteristics of Bessel beams in turbid media / X. Zhu, L. Lu, Z. Cao, B. Zeng, M. Xu // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43(19). – P. 4835-4838.
  26. Knyazev, B.A. Transmission of high-power terahertz beams with orbital angular momentum through atmosphere / B.A. Knyazev, Y.Y. Choporova, V.S. Pavelyev, N.D. Osintseva, B.O. Volodkin // 2016 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz). – 2016. – DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2016.7758816.
  27. Chen, S. Demonstration of 20-Gbit/s high-speed Bessel beam encoding/decoding link with adaptive turbulence compensation / S. Chen, S. Li, Y. Zhao, J. Liu, L. Zhu, A. Wang, J. Du, L. Shen, J. Wang // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 20. – P. 4680-4683.
  28. Arul Teen, Y.P. Bessel Gaussian beam propagation through turbulence in free space optical communication / Y.P. Arul Teen, T. Nathiyaa, K.B. Rajesh, S. Karthick // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). – 2018. – Vol. 27(2). – P. 81-88.
  29. Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, Jr, J.H. Eberly // Physical Review Letters. – 1987. – Vol. 58. – P. 1499-1501.
  30. Skidanov, R.V. Diffractive optical elements for the formation of combinations of vortex beams in the problem manipulation of microobjects / R.V. Skidanov, S.V. Ganchevskaya // Computer Optics. – 2014. – Vol. 38(1). – P. 65-71.
  31. Tozer, T.C. High-altitude platforms for wireless communications / T.C. Tozer, D. Grace // IEE Electronics & Communication Engineering Journal. – 2001. – Vol. 13(3). – P. 127-137.
  32. Al-Habash, M.A. Mathematical model for the irradiance probability density function of a laser beam propagating through turbulent media / M.A. Al-Habash, L.C. Andrews, R.L. Phillips // Optical Engineering. – 2001. – Vol. 40, Issue 8. – P. 1554-1562.
  33. Strömqvist-Vetelino, F. PDF models of the irradiance fluctuations in Gaussian beam waves / F. Strömqvist-Vetelino, J. Recolons, L.C. Andrews, C. Young, B. Clare, K. Corbett, K. Grant // Proceedings of SPIE. – 2006. – Vol. 6215. – 62150A.
  34. Eyyuboğlu, H.T. Propagation of higher order Bessel–Gaussian beams in turbulence / H.T. Eyyuboğlu // Applied Physics B. – 2007. – Vol. 88, Issue 2. – P. 259-265.
  35. Weyrauch, T. Atmospheric compensation with a speckle beacon in strong scintillation conditions: directed energy and laser communication applications / T. Weyrauch, M. Vorontsov // Applied Optics. – 2005. – Vol. 44. – P. 6388-6401.
  36. Tunick, A. Optical turbulence parameters characterized via optical measurements over a 2.33 km free-space laser path / A. Tunick // Optics Express. – 2008. – Vol. 16. – P. 14645-14654.
  37. Vorontsov, M. Deep turbulence effects compensation experiments with a cascaded adaptive optics system using a 3.63 m telescope / M. Vorontsov, G. Carhart, L. Beresnev, M. Vorontsov, T. Weyrauch, J. Riker, R.V.S. Gudimetla, L.C. Roberts // Applied Optics. – 2009. – Vol. 48. – P. A47-A57.
  38. Porfirev, A.P. Study of propagation of vortex beams in aerosol optical medium / A.P. Porfirev, M.S. Kirilenko, S.N. Khonina, R.V. Skidanov, V.A. Soifer // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56, Issue 11. – P. E8-E15. – DOI: 10.1364/AO.56.0000E8.
  39. Карпеев, С.В. Сравнение устойчивости вихревых пучков Лагерра-Гаусса к случайным флуктуациям оптической среды / С.В. Карпеев, В.Д. Паранин, М.С. Кириленко / Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 2. – С. 208-217. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-208-217.
  40. Khonina, S.N. A technique for simultaneous detection of individual vortex states of Laguerre–Gaussian beams transmitted through an aqueous suspension of microparticles / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, V.D. Paranin // Optics and Lasers in Engineering. – 2018. – Vol. 105. – P. 68-74. – DOI: 10.1016/j.optlaseng.2018.01.006.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20