Generazione di Fasci d'Aghi Vortici Vettoriali è a so Propagazione in Atmosfera Turbulente

A turbulenza atmosferica hà sempre rapprisintatu una sfida significativa per a propagazione stabile di i laser, in particulare per a trasmissione à longa distanza in i sistemi di cumunicazione ottica in spaziu liberu (FSOC). Per mitigà l'effetti negativi di a turbulenza atmosferica, ci hè un bisognu urgente di sviluppà fasci ottici specializati.

Infurmazioni nantu à u documentu:

In questu studiu, e caratteristiche di propagazione di i Fasci à Aghi di Vortice Vettoriale (VVPB) in u spaziu liberu sò analizate teoricamente è derivate, cù i so cumpurtamenti in a turbulenza atmosferica simulati numericamente. I risultati di a simulazione mostranu chì, in e stesse cundizioni, i VVPB presentanu indici di scintillazione più bassi è menu spostamentu di u fasciu cà i Fasci Pinhole (PB) cunvinziunali durante a trasmissione à longa distanza. Inoltre, sia i VVPB sia i PB sò generati sperimentalmente, è i so indici di scintillazione è l'oscillazione di u fasciu sò misurati in un ambiente di laburatoriu cù turbulenza indotta termicamente. I dati sperimentali validanu i risultati teorichi, cunfermendu chì i VVPB anu vantaghji significativi in ​​a riduzione di l'effetti di a turbulenza. Si prevede chì questi risultati anu implicazioni impurtanti per u sviluppu di e tecnulugie di cumunicazione ottica è di teledetezione in u spaziu liberu.

Eccu sò e parte di e procedure sperimentali è i risultati:

Per validà i risultati teorichi, avemu prima generatu sperimentalmente VVPB è PB, è dopu misuratu e so intensità di propagazione in un ambiente turbulente. A cunfigurazione sperimentale hè mostrata in a figura sottu. Un fasciu laser polarizatu linearmente à 532 nm hè statu allargatu è dopu divisu in dui percorsi da un divisore di fasciu 50:50 (BS1) per furmà un interferometru Mach-Zehnder. A luce in ogni percorsu hè stata riflessa da un modulatore spaziale di luce solu di fase (SLM) per modulà a fase è l'ampiezza di u fasciu incidente. I fasci modulati sò passati per dui sistemi 4f, chì imaginanu a luce nantu à u pianu finale di u sistema 4f cù un ingrandimentu unitariu. I piani finali di ogni sistema 4f eranu perfettamente sovrapposti à BS4, chì pò esse cunsideratu cum'è u pianu di a fonte. Dui lenti cilindriche (CA1 è CA2) sò state piazzate rispettivamente à i piani focali posteriori di e lenti L1 è L3 per filtrà l'ordini di diffrazione indesiderati è u rumore di fondu. A luce chì emerge da BS4 hà furmatu un unicu fasciu chì hè passatu per una piastra riscaldata per generà turbulenza. Dopu avè passatu per a piastra riscaldata, u fasciu hè statu registratu da un dispositivu accoppiatu à carica (CCD). L'ologrammi caricati nantu à i dui SLM sò stati generati da computer. L'ampiezza è a fase nantu à i dui SLM eranu identiche, eccettu chì una fase π/2 supplementaria hè stata caricata nantu à SLM2. Questu hà fattu chì a luce riflessa da i SLM in i percorsi 1 è 2 sia ortogonale, permettendu a furmazione di VVPB. Inoltre, bluccendu un percorsu è cambiendu l'ologramma, si pudianu ancu generà PB. Dunque, sta cunfigurazione sperimentale hà permessu a generazione conveniente di VVPB è PB.

Figura 1Cunfigurazione sperimentale per generà VVPB è studià a so propagazione in ambienti turbulenti, cumpresi espansori di fasciu (BE), lenti (L1-L4), dispositivi accoppiati di carica (CCD), divisori di fasciu (BS), modulatori spaziali di luce (SLM1 è SLM2) è aperture circulari (CA1 è CA2).

Figura 2Paragone trà i risultati di a simulazione (prima fila) è i risultati analitici (seconda fila) di e distribuzioni d'intensità nurmalizate per i VVPB à u pianu z = 400 mm. A terza fila mostra paragoni trasversali trà a prima è a seconda fila. A prima colonna mostra l'intensità tutale, a seconda colonna mostra a cumpunente x, è a terza colonna mostra a cumpunente y. A barra bianca indica 3 mm. E figure da (a) à (f) anu e stesse dimensioni.

Figura 3illustra u mudellu di simulazione di a propagazione di VVPB in atmosfera turbulenta.

Figura 4Fluttuazioni di l'intensità assiale di i VVPB (prima fila) è di i PB (seconda fila) sottu à diverse intensità di turbulenza.

Figura 5Distribuzioni di u centroide di u fasciu da 1000 realizazioni d'intensità di VVPB (prima fila) è PB (seconda fila) à intensità di turbulenza variabili.

Figura 6Spot di fasciu di VVPB registrati da un analizzatore di prufilu di fasciu in u spaziu liberu à 1 m da BS4: (a) distribuzione di l'intensità tutale, (b) cumpunente x, è (c) cumpunente y. Ogni pannellu misura circa 7 × 5 mm².

Figura 7Risultati sperimentali chì mostranu a variazione di (a) l'indice di scintillazione è (b) l'oscillazione di u fasciu cù a temperatura di a piastra calda per i PB è i VVPB.

I parametri è e specificazioni di u modulatore spaziale di luce di tipu fase utilizatu in questu esperimentu sò i seguenti:

Nota: I sfarenti mudelli varianu in a gamma di modulazione di fase è l'efficienza di utilizzazione di a luce. Per esigenze specifiche, cuntattate u direttore di vendita in a vostra rispettiva regione per i dettagli.

Dichjarazione Finale:

U modulatore spaziale di luce (SLM) hè un dispositivu optoelettronicu principale chì utilizza l'effettu elettrootticu di i materiali à cristalli liquidi per cuntrullà dinamicamente a distribuzione spaziale di i fronti d'onda di luce (cumprese l'ampiezza, a fase o a polarizazione). Cum'è strumentu estremamente putente in l'ottica è a fotonica muderna, permette una manipulazione attiva, precisa è dinamica di a propagazione di a luce in u spaziu. Attualmente, i principali metudi per generà fasci di vortici includenu u metudu di a piastra di fase a spirale, u modulatore spaziale di luce, l'ologramma generatu da computer, u metudu di cunversione di modu, a metasuperficie, ecc. Frà questi, u modulatore spaziale di luce dimostra vantaghji assoluti in u cambiamentu dinamicu di i numeri di carica topologica è altri parametri per via di a so programmabilità.

Infurmazioni nantu à l'articulu:

https://doi.org/10.1063/5.0248643