ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
2 СХЕМА И ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 16
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ИНТЕРПРИТАЦИЯ 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Атмосферная турбулентность - это случайный процесс, при котором тепло постоянно передается в воздухе. Как описано моделью Колмогорова, воздушные ячейки различных размеров и разных температур непрерывно распадаются на более мелкие ячейки в процессе, который заканчивается, когда ячейки рассеиваются вязкостью. Этот процесс делает оптический канал неоднородным из-за того, что переданный оптический фронт волны распространяется вдоль изменяющегося в пространстве и во времени распределения показателя преломления. В результате часть энергии, запущенной в одно состояние орбитального углового момента (OYM), будет перераспределена в другие состояния OYM после турбулентного распространения. Следовательно, атмосферная турбулентность вызывает изменяющиеся во времени перекрестные помехи между каналами OYM [1].
Орбитальный момент импульса - это свойство света, связанное со спиральностью волнового фронта фотона. Оптические лучи, несущие OYM, обычно называют оптическими вихрями, потому что в их центре имеется разрыв фазы [1].
Орбитальный угловой момент, который описывает «фазовое завихрение» (спиральная фазовая диаграмма) световых пучков, недавно получил интерес из-за его потенциальных применений во многих различных областях. Особенно перспективным является использование OYM для оптической связи, поскольку:
• коаксиально распространяющиеся лучи OYM с различными азимутальными состояниями OYM взаимно ортогональны;
• межлучевые перекрестные помехи могут быть сведены к минимуму;
• лучи могут быть эффективно мультиплексированы и демультиплексированы.
В результате несколько состояний OYM могут использоваться в качестве разных несущих для мультиплексирования и передачи нескольких потоков данных, что потенциально увеличивает пропускную способность системы [2].
Однако известно, что обнаруженный оптический вихрь чувствителен к возмущению. Такие эффекты были изучены теоретически, в частности, через турбулентность [3].
Лазерная связь по неуправляемым каналам открывает новые возможности для двухточечных спутниковых и наземных линий связи и сетей доступа. В наземной лазерной связи эффекты атмосферной турбулентности должны быть должным образом признаны, и каналы связи должны быть хорошо смоделированы, чтобы проектировать надежные линии связи с ограничениями эксплуатационных расходов. Лазерная связь может улучшиться в полосе пропускания и надежности с использованием специальных лучей, несущих орбитальный угловой момент. OYM-несущие лазерные моды вращаются вокруг своей оси распространения и имеют темное центральное пятно из-за их фазовой дислокации [4].
Эти световые пучки способны вращать микроскопические объекты, вызывать сдвиги частоты вращения, создавать новые формы систем визуализации и вести себя в нелинейном материале, чтобы дать новое представление о квантовой оптике.
Актуальность и востребованность данной работы действительно высока, т.к. работ по данной тематике крайне мало. Поэтому, чтобы понять пучок с каким распределением будет более подходящим, необходимо провести модельный эксперимент по распространению вихревых лазерных пучков в конвективной турбулентной среде.
Объект исследования - вихревой пучок.
Предмет исследования - турбулентное искажение распространяющегося вихревого лазерного пучка.
Цель бакалаврской работы - модельное исследование влияния турбулентности на вихревые Бессель-Гауссовы пучки.
Задачи:
• обзор литературы по теме: «Принцип формирования вихревых Бессель-Гауссовых пучков»;
• разработка и создание лабораторного стенда;
• проведение экспериментов по распространению вихревых пучков в конвективной турбулентной среде;
• обработка результатов экспериментов.
В ходе выполнения данной работы при моём участии был создан лабораторный стенд по исследованию распространения вихревых лазерных пучков в конвективной турбулентной среде. Был проведён модельный эксперимент по изучению зависимости смещения центра тяжести распространяющегося лазерного пучка при различных топологических зарядах с различными поперечными размерами от высоты над нагреваемой поверхностью, который показал, что:
1) Поперечные размеры увеличивались с увеличением топологического заряда на 6,1 % в среднем. Различия между 1 и 6 модой составляли 37%.
2) Смещение центра тяжести изображения слабо зависит от величины топологического заряда с учетом разницы в поперечных размерах: различия между 1 и 6 модой составляли 10,7% в среднем.
В дальнейшем рекомендуется изучить влияние турбулентных искажений на распространяющиеся вихревые лазерных пучки в атмосфере с контролем структурной характеристики показателя преломления.
