ვექტორული ვორტექსური ნემსისებრი სხივების გენერაცია და მათი გავრცელება ტურბულენტულ ატმოსფეროში

ატმოსფერული ტურბულენტობა ყოველთვის მნიშვნელოვან გამოწვევას წარმოადგენდა ლაზერების სტაბილური გავრცელებისთვის, განსაკუთრებით თავისუფალი სივრცის ოპტიკური კომუნიკაციის (FSOC) სისტემებში დიდ მანძილზე გადაცემისთვის. ატმოსფერული ტურბულენტობის უარყოფითი ეფექტების შესამცირებლად, აუცილებელია სპეციალიზებული ოპტიკური სხივების შემუშავება.

ქაღალდის ინფორმაცია:

ამ კვლევაში თეორიულად გაანალიზებულია და გამოყვანილია ვექტორული ვორტექსური ნემსისებრი სხივების (VVPB) თავისუფალ სივრცეში გავრცელების მახასიათებლები, ხოლო მათი ქცევა ატმოსფერულ ტურბულენტობაში რიცხვით სიმულირებულია. სიმულაციის შედეგები აჩვენებს, რომ იმავე პირობებში, VVPB-ები შორ მანძილზე გადაცემისას ავლენენ უფრო დაბალ სცინტილაციის ინდექსებს და სხივის ნაკლებ გადახრას, ვიდრე ჩვეულებრივი პინჰოლური სხივები (PB). გარდა ამისა, როგორც VVPB-ები, ასევე PB-ები ექსპერიმენტულად გენერირდება და მათი სცინტილაციის ინდექსები და სხივის გადახრა იზომება ლაბორატორიულ გარემოში თერმულად გამოწვეული ტურბულენტობით. ექსპერიმენტული მონაცემები ადასტურებს თეორიულ დასკვნებს, რაც ადასტურებს, რომ VVPB-ებს მნიშვნელოვანი უპირატესობები აქვთ ტურბულენტობის ეფექტების შემცირებაში. მოსალოდნელია, რომ ამ დასკვნებს მნიშვნელოვანი გავლენა ექნება თავისუფალი სივრცის ოპტიკური კომუნიკაციისა და დისტანციური ზონდირების ტექნოლოგიების განვითარებაზე.

ექსპერიმენტული პროცედურებისა და შედეგების ნაწილებია:

თეორიული შედეგების დასადასტურებლად, ჩვენ ჯერ ექსპერიმენტულად შევქმენით VVPB და PB, შემდეგ კი გავზომეთ მათი გავრცელების ინტენსივობა ტურბულენტურ გარემოში. ექსპერიმენტული სქემა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში. 532 ნმ-ზე ხაზობრივად პოლარიზებული ლაზერული სხივი გაფართოვდა და შემდეგ ორ გზად გაიყო 50:50 სხივის გამყოფით (BS1) მახ-ზენდერის ინტერფერომეტრის შესაქმნელად. თითოეულ გზაზე სინათლე აირეკლა მხოლოდ ფაზური სივრცითი სინათლის მოდულატორით (SLM), რათა მოდულირებულიყო დაცემული სხივის ფაზა და ამპლიტუდა. მოდულირებული სხივები გაიარა ორ 4f სისტემაში, რომლებიც სინათლეს 4f სისტემის ბოლო სიბრტყეზე ერთიანი გადიდებით ასხივებენ. თითოეული 4f სისტემის ბოლო სიბრტყეები იდეალურად იყო გადაფარული BS4-ზე, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს წყაროს სიბრტყედ. ორი ცილინდრული ლინზა (CA1 და CA2) განთავსებული იყო ლინზების L1 და L3 უკანა ფოკუსურ სიბრტყეებში, შესაბამისად, არასასურველი დიფრაქციული რიგებისა და ფონური ხმაურის გასაფილტრად. BS4-დან გამომავალი სინათლე ქმნიდა ერთ სხივს, რომელიც გაცხელებულ ფირფიტაში გაიარა ტურბულენტობის გენერირებისთვის. გაცხელებულ ფირფიტაში გავლის შემდეგ, სხივი ჩაიწერა მუხტის შეერთების მოწყობილობით (CCD). ორ SLM-ზე ჩატვირთული ჰოლოგრამები კომპიუტერული გენერირებით იქნა შექმნილი. ორ SLM-ზე ამპლიტუდა და ფაზა იდენტური იყო, გარდა იმისა, რომ SLM2-ზე დამატებითი π/2 ფაზა ჩაიტვირთა. ამან SLM-ებიდან არეკლილი სინათლე 1 და 2 ბილიკებით ორთოგონალურად აქცია, რაც VVPB-ების წარმოქმნის საშუალებას იძლეოდა. გარდა ამისა, ერთი ბილიკის დაბლოკვით და ჰოლოგრამის შეცვლით, შესაძლებელი გახდა PB-ების გენერირებაც. ამრიგად, ამ ექსპერიმენტულმა მოწყობამ შესაძლებელი გახადა როგორც VVPB-ების, ასევე PB-ების მოსახერხებელი გენერირება.

სურათი 1ექსპერიმენტული მოწყობილობა VVPB-ების გენერირებისა და მათი გავრცელების კვლევისთვის ტურბულენტურ გარემოში, მათ შორის სხივის გამაფართოებელი (BE), ლინზები (L1-L4), მუხტთან შეერთების მოწყობილობა (CCD), სხივის გამყოფი (BS), სივრცითი სინათლის მოდულატორები (SLM1 და SLM2) და წრიული აპერტურები (CA1 და CA2).

სურათი 2z = 400 მმ სიბრტყეზე VVPB-ების ნორმალიზებული ინტენსივობის განაწილების სიმულაციის შედეგების (პირველი რიგი) და ანალიტიკური შედეგების (მეორე რიგი) შედარება. მესამე რიგი აჩვენებს პირველ და მეორე რიგებს შორის განივკვეთის შედარებებს. პირველი სვეტი აჩვენებს მთლიან ინტენსივობას, მეორე სვეტი - x კომპონენტს, ხოლო მესამე სვეტი - y კომპონენტს. თეთრი ზოლი მიუთითებს 3 მმ-ზე. ნახაზებს (a)-დან (f)-მდე აქვთ იგივე ზომები.

ფიგურა 3ასახავს ტურბულენტურ ატმოსფეროში VVPB-ების გავრცელების სიმულაციურ მოდელს.

სურათი 4VVPB-ების (პირველი რიგი) და PB-ების (მეორე რიგი) ღერძული ინტენსივობის რყევები სხვადასხვა ტურბულენტობის ინტენსივობის დროს.

სურათი 5სხივის ცენტროიდების განაწილება VVPB-ების (პირველი რიგი) და PB-ების (მეორე რიგი) 1000 ინტენსივობის რეალიზებიდან სხვადასხვა ტურბულენტობის ინტენსივობის დროს.

სურათი 6BS4-დან 1 მ-ის დაშორებით თავისუფალ სივრცეში სხივის პროფილის ანალიზატორით დაფიქსირებული VVPB-ების სხივის ლაქები: (ა) ინტენსივობის სრული განაწილება, (ბ) x-კომპონენტი და (გ) y-კომპონენტი. თითოეული პანელის ზომებია დაახლოებით 7×5 მმ².

სურათი 7ექსპერიმენტული შედეგები, რომლებიც აჩვენებს (ა) სცინტილაციის ინდექსის და (ბ) სხივის რხევის ვარიაციას ცხელი ფირფიტის ტემპერატურის მიხედვით როგორც PB-ებისთვის, ასევე VVPB-ებისთვის.

ამ ექსპერიმენტში გამოყენებული ფაზური ტიპის სივრცითი სინათლის მოდულატორის პარამეტრები და სპეციფიკაციები შემდეგია:

შენიშვნა: სხვადასხვა მოდელი განსხვავდება ფაზის მოდულაციის დიაპაზონით და სინათლის გამოყენების ეფექტურობით. კონკრეტული მოთხოვნების შემთხვევაში, დამატებითი ინფორმაციისთვის დაუკავშირდით გაყიდვების მენეჯერს თქვენს რეგიონში.

საბოლოო განცხადება:

სივრცითი სინათლის მოდულატორი (SLM) არის ბირთვული ოპტოელექტრონული მოწყობილობა, რომელიც იყენებს თხევადკრისტალური მასალების ელექტროოპტიკურ ეფექტს სინათლის ტალღის ფრონტების სივრცითი განაწილების (მათ შორის ამპლიტუდის, ფაზის ან პოლარიზაციის) დინამიურად სამართავად. თანამედროვე ოპტიკასა და ფოტონიკაში უაღრესად მძლავრი ინსტრუმენტის სახით, ის საშუალებას იძლევა სივრცეში სინათლის გავრცელების აქტიური, ზუსტი და დინამიური მანიპულირებისა. ამჟამად, მორევის სხივების გენერირების ძირითადი მეთოდებია სპირალური ფაზური ფირფიტის მეთოდი, სივრცითი სინათლის მოდულატორი, კომპიუტერის მიერ გენერირებული ჰოლოგრამა, რეჟიმის გარდაქმნის მეთოდი, მეტასერფაზერი და ა.შ. მათ შორის, სივრცითი სინათლის მოდულატორი ავლენს აბსოლუტურ უპირატესობას ტოპოლოგიური მუხტის რიცხვების და სხვა პარამეტრების დინამიურად შეცვლის კუთხით, მისი პროგრამირების უნარის გამო.

სტატიის ინფორმაცია:

https://doi.org/10.1063/5.0248643