Propagation of auto-focusing hypergeometric Gaussian beams along a slant path in oceanic turbulence

湍流 梁(结构) 高斯分布 风速 高斯光束 光学 传输(电信) 角动量 物理 计算物理学 机械 电信 计算机科学 气象学 经典力学 量子力学
作者
Wenhai Wang,Yu Zhou,Chengzhao Liu,Xu Zhou,Zheng-Da Hu,Yun Zhu
出处
期刊:Journal of the Optical Society of America [Optica Publishing Group]
卷期号:41 (5): 943-943 被引量:6
标识
DOI:10.1364/josaa.519982
摘要

Compared to horizontal transmission, the oceanic dissipation rate and temperature-salinity distribution ratio are no longer constant but vary with depth, imposing greater complexity on oceanic turbulence when beams propagate through a slant path and resulting in more limitations on the performance of underwater wireless optical communication (UWOC) links. This study focuses on investigating the performance, especially the auto-focusing characteristic, of auto-focusing hypergeometric Gaussian (AHGG) beams propagating along slant paths in oceanic turbulence. We theoretically derive the spatial coherence radius and the relative probability of the orbital angular momentum (OAM) mode for AHGG beams passing through such links. Numerical simulations reveal that AHGG beams exhibit superior propagation performance compared to hypergeometric Gaussian beams. Lower beam orders and OAM numbers contribute to improved performance, while careful selection of auto-focusing length can tangibly enhance detection performance as well. Additionally, tidal velocities and wind speeds have nonnegligible effects on OAM signal probability. Our results further demonstrate that surface buoyancy flux, temperature gradients, and waterside friction velocity significantly affect beam transmission under varying wind conditions. These findings, particularly controlling the auto-focusing length of AHGG beams to match the transmission distance, provide valuable insights for enhancing the quality of UWOC links.
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