The effect of beam parameters on vortex beams propagating in atmospheric turbulence

Abstract

Hüzme parametrelerinin türbülanslı atmosferde yayılan girdap hüzmelerinin yoğunluk profili üzerindeki etkisi ve bu hüzmelerin sintilasyon özellikleri analiz edilir. Bu analizi gerçekleştirmek için rastgele bir faz tarama modeli kullanılmıştır. Sintilasyon özellikleri topolojik yük, ışın sırası, çalışma dalga boyu, alıcı diyafram tarafı uzunluğu ve kaynak boyutu parametrelerindeki değişikliklere göre değerlendirilir. Sonuçlar, yüksek topolojik yüke sahip düz tepeli bir Gauss vorteks ışınının kullanılmasının sintilasyonda bir azalmaya neden olduğunu göstermektedir. Alıcı açıklığı yan uzunluğunun arttırılması, sintilasyon seviyesini azaltır. Kaynak boyutu arttıkça sintilasyon azalır. Sunulan sonuçlar ayrıca yüksek topolojik yüklere sahip düz tepeli bir Gauss vorteks ışınının temel Gauss ışına göre daha az sintilasyona sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, daha yüksek topolojik yükleri olan ışınlar ve daha yüksek dalga boylarında çalışan ışınlar, yayıldıkça ışın profillerini korurlar. Işın sırası, ışın profilini etkilemez. Hüzme kaynak boyutu arttıkça, ışın profili dramatik değişiklikler yaşar. Bu tezin bulguları, yeni nesil optik iletişim bağlantılarının ve ağlarının performansının iyileştirilmesinde faydalı olacaktır.

The effect of beam parameters on the intensity profile of vortex beams propagating in the turbulent atmosphere and the scintillation properties of these beams are analyzed. A random phase screen model is utilized to perform this analysis. The scintillation properties are evaluated against the changes of topological charge, beam order, operating wavelength, receiver aperture side length, and source size parameters. The results show that using a flat-topped Gaussian vortex beam with a high topological charge causes a reduction in scintillation. Increasing the receiver aperture side length reduces the scintillation level. As the source size increases, scintillation decreases. The presented results also indicate that a flat-topped Gaussian vortex beam with high topological charges has less scintillation than the fundamental Gaussian beam. Moreover, the beams with higher topological charges and the ones operating at higher wavelengths preserve their beam profile better as they propagate. The beam order does not affect the beam profile. As the source size of the beam increases the intensity profile experiences dramatic changes concerning the beam propagating in free space. The findings of this dissertation will be useful in improving the performance of next-generation optical communication links and networks.