1 长春理工大学 物理学院 吉林省固体激光技术与应用重点实验室，长春 130022
2 四川师范大学 物理与电子工程学院，成都 610068
采用多层相屏法和快速傅里叶变换法数值求解热晕方程，研究了复合贝塞尔高斯（cBG）光束大气传输过程中受热晕效应的影响。研究发现：由于热晕效应造成的光强和相位畸变，cBG光束会发生相位奇点移动和轨道角动量谱展宽，并产生模式串扰。当风速较小时，大气介质吸收激光产生的热效应较强，导致光束的模式串扰也较强。对于初始角量子数差值较大的cBG光束，其相对串扰能量较小，受热晕效应影响导致的模式串扰较弱。此外，还研究了旋转cBG光束的热晕效应，该光束的旋转特性使其在传输过程中四周都能得到均匀的扩展。因此，相较于非旋转cBG光束，旋转cBG光束的光强分布比更均匀，模式串扰更小。并且，随着旋转cBG光束的径向波数差值的增大，模式串扰减弱。综上，增大初始角量子数差值以及径向波数差值可以有效降低cBG光束的模式串扰。
复合贝塞尔高斯光束 热晕效应 大气传输 模式串扰 Composite Bessel-Gaussian beams Thermal blooming Atmospheric propagation Mode crosstalk
南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，南京 210023
针对大气湍流干扰下的多贝塞尔高斯光束畸变波前矫正研究场景单一的问题，提出了基于盖师贝格-塞克斯顿（GS）算法的多贝塞尔高斯光束畸变波前校正方法，采用功率谱反演法得到各向异性大气湍流相位屏，并仿真分析了异号拓扑、同号拓扑2种多贝塞尔高斯光束在3种不同大气湍流折射率结构常数影响下的畸变波前校正情况。仿真结果表明：该方法对2种多贝塞尔高斯光束在校正后的目标轨道角动量（OAM）模式纯度均能提高12%以上，OAM谱的弥散也能得到有效抑制。
多贝塞尔高斯光束 轨道角动量 大气湍流 盖师贝格-塞克斯顿算法 波前校正 multi Bessel Gaussian beam, orbital angular moment
太原理工大学光电工程学院，山西 太原 030006
相位失真是实现涡旋光束轨道角动量复用技术实际应用的主要挑战之一。本文提出了一种基于深度学习的复合贝塞尔高斯涡旋光束大气湍流效应补偿方法，以提高模态分离与检测准确度。设计的网络通过学习不同轨道角动量下畸变光束强度分布与湍流相位之间的映射关系，具备了适应未知湍流环境的泛化能力，可以有效地预测等效湍流相位屏。仿真结果表明，复合贝塞尔高斯光束在不同湍流强度下传输1000 m并经过相位补偿后，光强相关系数可提高至0.97以上；在强湍流下传输1500 m并经相位补偿后，拓扑荷数为10的模式纯度从2.43%提高至64.07%。该方法对畸变光束具有更强的特征提取能力，在快速准确预测等效湍流相位屏方面具有良好的泛化能力，有助于提高未来轨道角动量复用技术的可靠性。
光通信 复合贝塞尔高斯光束 大气湍流 深度学习 相位补偿 中国激光
2023, 50(22): 2206002
安徽师范大学 物理与电子信息学院 安徽省光电材料科学与技术重点实验室, 芜湖 241000
为了研究受遮挡贝塞尔-高斯光束在湍流大气中传输时质量因子的特性, 基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数的二阶矩定义, 经理论推导得出受遮挡贝塞尔-高斯光束的解析表达式, 并进行了相应的数值计算。结果表明,当遮挡物尺寸不大于0.4倍的腰宽时, 受遮挡贝塞尔-高斯光束在湍流大气中的传输质量因子随传播距离、湍流大气结构常数的增大而增大, 随着湍流内标量、光束拓扑荷数的增大而减小。在相同条件下, 光束的传输质量因子随着遮挡物尺寸的增大而增大。所得结论对实际激光传输和自由空间光通信有一定的参考价值。
大气与海洋光学 M2因子 拓展的惠更斯-菲涅耳原理 贝塞尔-高斯光束 atmospheric and ocean optics M2 factor expanded Huygens-Fresnel principle Bessel-Gaussian beam
基于矢量德拜理论，研究了贝塞尔-高斯径向偏振光束经过衍射光学元件(DOE)和高数值孔径(NA)透镜组成的光学系统后经介质分界面的强聚焦特性。设计DOE 的参数对入射的贝塞尔-高斯径向偏振光束进行调制，在聚焦场中能得到沿光轴方向的三维多点光俘获结构-光链。研究结果表明，入射光束的拦截比(即透镜孔径半径与入射光束束腰半径比)、数值孔径和聚焦场介质折射率都会影响光束的强聚焦特性。当光束的拦截比增大到一个值时，聚焦场的光链会转变成暗通道，并且在不改变暗通道宽度的情况下，暗通道的长度会随着介质折射率的增大而增长。
物理光学 贝塞尔-高斯光束 衍射光学元件 介质分界面 光链 光学暗通道
西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
大气湍流引起大气折射率随机变化, 导致空间不均匀性。高阶贝塞尔光束在大气湍流中传输时, 空间不均匀性会使光子波函数改变,形成不同的光子态引起轨道角动量的弥散。在Rytov近似下，计算了高阶贝塞尔光束在大气斜程传输中各分量所占光束总能量的权重。讨论并对比折射率结构常数，光束波长，天顶角，轨道角动量数，接收孔径和光斑大小等参数对螺旋谱的影响，并给予相应的物理解释。结果表明：随着折射率结构常数，天顶角和传输距离的增加以及光束波长的减小，螺旋谐波主分量对应的谱减小，轨道角动量弥散越大,而且望远镜接收孔径和光斑大小对轨道角动量弥散的影响非常小。
高阶贝塞尔高斯光束 大气湍流 轨道角动量 螺旋谱 high order Bessel Gaussian beam atmospheric turbulence orbital angular momentum spiral spectrum 红外与激光工程
2015, 44(12): 3744
1 漯河医学高等专科学校，河南 漯河 462002
2 华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
基于衍射光学方法，研究了不同阶数的贝塞尔高斯光束经过环形菲涅尔波带片后，在波带片的焦点附近所形成光强分布。入射光束为高阶贝塞尔高斯光束，聚焦区域获得了空心光强分布，入射光束的阶数越高，空心尺寸越大；菲涅尔波带片的数目越多，空心长度越短。入射光束为零阶贝塞尔高斯光束，在聚焦区域获得了针形光束和局域空心光束。这些具有特殊光强分布的光束在激光加工以及粒子囚禁等领域有着潜在应用价值。
贝塞尔高斯光束 菲涅尔波带片 空心光束 针形光束 局域空心光束 Bessel-Gauss beam Fresnel zone plate hollow beam needle beam bottle beam
1 天津大学精密仪器与光电子工程系, 天津 300072
2 中国石油大学(华东)理学院, 山东 青岛 266580
无衍射光束球散射性质的研究目前一般采用贝塞尔光束，但是贝塞尔光束在物理上是不可实现的。贝塞尔高斯光束作为近似无衍射光束，是亥姆霍兹方程在傍轴条件下的解，并且可以用激光振荡器直接产生，但其光束宽是有限的。应用傅里叶变换,平面波谱展开和球面矢量波函数展开法，推导了非偏振贝塞尔高斯光束的球散射远场的无量纲散射函数。通过数值模拟，对非偏振的贝塞尔高斯光束与贝塞尔光束，高斯光束的球散射远场进行了比较，比较发现：当球散射体偏离光轴时，非偏振贝塞尔高斯光束跟贝塞尔光束散射远场的差异主要是散射强度的差异，但是散射极点所在的方向基本保持不变；贝塞尔高斯光束和贝塞尔光束的散射在光束圆锥角方向上比较显著,但高斯光束的前向散射比较显著。
散射 无量纲散射函数 数值模拟 贝塞尔高斯光束 贝塞尔光束
利用广义惠更斯菲涅耳原理计算高阶贝塞尔高斯光束(BGB)在非柯尔莫哥诺夫湍流模型下传输的横向光强分布特性。该模型中，湍流对相位干扰的大小与距离和幂律有关。在远距离处，幂律对干扰大小的影响较为明显。通过Matlab进行数值计算的结果表明，远距离处(10 km)的各阶BGB光束光强分布形式均有很大展宽，同时它们随幂律的变化也相对于短距离时更为剧烈。高阶BGB光束受到湍流干扰的影响要小于低阶光束。对于同阶光束来说，横向参数越大的光源在湍流中传输的展宽现象也越为明显。
大气光学 高阶贝塞尔高斯光束 广义惠更斯菲涅耳原理 非柯尔莫哥诺夫大气湍流模型 数值积分
在束腰不在物镜入瞳位置的一般情况下，利用理查德〖CD*2〗沃尔夫矢量衍射积分公式获得了径向偏振高阶矢量贝塞尔-高斯光束通过有初级球差和受孔径限制的物镜聚焦的三维光场的径向，方位角和纵向分量表达式。数值模拟了入射光束受圆孔径和环形孔径限制情况下初级球差对光场分布的影响。结果表明：球差对焦平面光场分布的影响是非常小的，尤其是环形孔径限制情况下球差的影响可以完全忽略；在受圆形孔径限制情况下，光束经有球差物镜聚焦后，焦平面前后的光场分布不再对称。球差导致在焦平面各点的强度分布变化并不总是一致变大，或一致变小；使用环形孔径时光束聚焦后的光斑尺寸要远小于使用圆形孔径时光束聚焦后的光斑尺寸。
物理光学 贝塞尔-高斯光束 初级球差 径向偏振
