1 成都师范学院物理与工程技术学院，四川 成都 611130
2 宜宾学院四川省计算物理高校重点实验室，四川 宜宾 644000
类比相干光束中刃型位错概念，提出一种新的相干奇点——相干刃型位错。对高斯-谢尔模光束携带的相干涡旋和刃型位错在海洋湍流中的相互作用进行研究。基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理，得到了该光束在海洋湍流环境下的交叉谱密度表达式，并将其用于研究相干涡旋和刃型位错的相互作用。研究发现：相干刃型位错在相干涡旋的作用下发生断裂并转化成相干涡旋。在光束传输过程中，光场中有单个或成对相干涡旋的产生或湮灭现象发生。二者之间的作用特点不仅与传输距离有关，还受光束初始参数和海洋湍流参数的影响。二者之间的作用规律与自由空间光涡旋和刃型位错的作用规律不同。
激光光学 奇点光学 部分相干光束 相干奇点 相干涡旋 海洋湍流
Author Affiliations
Abstract
School of Information and Communication Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
This paper has proposed an experimental system for non-orthogonal multiple access (NOMA) wireless optical communication in challenging underwater turbulent environments, employing the gallium nitride (GaN)-based micro-LED array. This design of the GaN-based micro-LED array enables the independent transmission of signals from distinct data streams within the NOMA framework, facilitating direct optical power-domain superposition of NOMA signals. The experimental setup involves emulating oceanic turbulence channels, characterized by varying the level of scintillation intensity, to thoroughly investigate the bit error rate (BER) performance. The outcomes unequivocally demonstrate the superiority of our proposed NOMA scheme, as compared to conventional circuit-driven optical NOMA systems utilizing fixed LED array grouping, particularly in the presence of turbulent underwater channels. The proposed NOMA scheme exhibits consistently superior BER performance and maintains excellent linearity at the lower frequencies while effectively mitigating signal distortion at the higher frequencies.
optical non-orthogonal multiple access gallium nitride-based micro-LED array oceanic turbulence channels bit error rate Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 030101
1 长治学院 物理系 山西 长治 046011
2 西安电子科技大学 物理学院 陕西 西安 710071
利用维格那分布函数, 推导部分相干Lommel -高斯光束通过海洋湍流的有效曲率半径和传输因子的表达式, 并分析光束的有效曲率半径和传输因子的传输性质。结果表明, 部分相干Lommel -高斯光束在海洋湍流的传输性质和部分相干贝塞尔 -高斯光束相同, 但是部分相干Lommel -高斯光束连续的轨道角动量分布特点使得其相较于后者更有优势。数值分析海洋湍流参数, 包括盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率以及湍流动能耗散率对部分相干Lommel -高斯光束的有效曲率半径和传输因子的传输的影响。该研究工作可为激光水下通信和激光**等实际应用提供理论基础和实验依据。
海洋湍流 部分相干Lommel -高斯光束 传输因子 有效曲率半径 oceanic turbulence partially coherent Lommel-Gaussian beam propagation factor effective radius of curvature 量子光学学报
2023, 29(4): 040701
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶集团公司第705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710077
针对水下无线激光通信链路性能劣化问题，基于Yue谱推导了在包含有限外尺度和海洋水体分层不稳定度的弱海洋湍流信道下高斯光束的空间相干半径和闪烁指数闭合解析式，量化了基于高斯光束的海洋分集接收系统中的湍流强度和探测器间距阈值。在此基础上设计了一种基于高斯光束的里德-所罗门（RS）编码联合均衡等增益合并（EEGC）算法的单入多出（SIMO）通信系统。利用双曲正切函数法推导了系统的上限平均误码率（ABER）闭合解析式，并研究了海洋水体分层的不稳定程度和探测器分布方式对系统性能的影响。仿真结果表明，海洋水体分层的稳定与否对系统性能影响较为明显。此外，所设计的系统可有效抑制复合海洋信道下高斯光束的湍流效应，湍流越强，抑制效果越显著；也可有效降低探测器的分布方式对采用高斯光束传输的SIMO系统性能的影响。
无线光传输 海洋湍流 高斯光束 分集接收 里德-所罗门编码 光学学报
2023, 43(24): 2406001
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 101408
2 中国科学院大学，北京 100049
3 海南空天信息研究院海南省地球观测重点实验室，海南 文昌 571300
研究了海洋湍流中部分相干厄米-高斯光束的传输特性。首先，根据广义惠更斯-菲涅耳原理，建立了海洋湍流中厄米-高斯光束的强度分析模型。然后，推导了海洋湍流中厄米-高斯光束的均方束腰宽、瑞利区间和湍流距离的表达式。最后，对海洋湍流中厄米-高斯光束的均方束腰宽、瑞利区间和湍流距离进行仿真分析。仿真结果表明，均方束腰宽随着均方温度耗散率和温度与盐度相对参数的增大而增加，随着湍流动能耗散率的增大而减小。此外，瑞利区间和湍流距离都随着厄米-高斯光束的阶数的增加而增大。该研究可以为水下光通信研究提供理论依据。
水下光通信 厄米-高斯光束 海洋湍流 传输特性 光学学报
2023, 43(24): 2401003
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 陕西科技大学电子信息与人工智能学院，陕西 西安 710021
3 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
光场回波散射特性是未来水下激光通信与探测一体化的关键技术之一，而具有螺旋波前结构的涡旋光束［如拉盖尔-高斯（LG）光束］更适合抑制海洋湍流的影响。利用广义Huygens-Fresnel原理，推导出弱海洋湍流中LG光束经高斯分布粗糙表面反射的回波散斑强度的解析表达式；数值分析了光源参数、海洋湍流以及粗糙目标表面参数对回波散斑场复相干度的影响。结果表明，复相干度随着LG光束拓扑荷数、束腰半径、波长的增大而减小，随着海洋湍流强度的增大而降低，随着粗糙面相干长度的增加而增大，并且当粗糙表面的相干长度大于球形波在海洋湍流中传播的相干长度时，复相干度变化不明显，表明此时粗糙表面对复相干度的影响远小于海洋湍流的影响。这一结论为海洋湍流条件下目标探测与识别提供了参考。
海洋光学 海洋湍流 拉盖尔-高斯光束 散斑 回波特性 复相干度 光学学报
2023, 43(12): 1201007
光子学报
2021, 50(12): 1201006
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团第705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710077
应用广义的惠更斯-菲涅耳原理及改进的Rytov方法，采用基于Gamma-Gamma光强概率分布的海洋湍流信道模型，得到了中断概率解析式。并在此基础上对各向异性海洋湍流高斯光束外差式差分相移键控（DPSK）调制的中断概率性能进行了研究。仿真分析了不同的各向异性海洋湍流下各种海洋湍流参数（温度与盐度波动对功率谱变化贡献之比、单位质量流体动能耗散率、均方温度耗散率）、传输距离、DPSK调制的数据传输速率对中断概率的影响。为降低高斯光束DPSK调制下的中断概率、提高通信质量及可靠性提供了理论依据。
海洋光学 水下无线光通信 各向异性海洋湍流 高斯光束 外差式差分相移键控 Gamma-Gamma信道模型 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1901004
红外与激光工程
2020, 49(6): 20190370
