بررسی انتشار باریکه های فرش شعاعی از میان جو متلاطم آزمایشگاهی

مناسب‌ترین گزینه برای انتقال اطلاعات در فضای آزاد، استفاده از لیزر است. اما تلاطم جو که به دلیل گرادیان‌های دمایی، تغییرات فشار یا حرکت باد به وجود می‌آید، مانع از انتقال صحیح اطلاعات با استفاده از لیزر در فضای آزاد می‌شود. به دلیل ایجاد ضریب شکست‌های تصادفی ناشی از تلاطم، هنگام عبور نور از جو متلاطم، دامنه و فاز جبهه‌ی موج دچار افت‌وخیز می‌شوند. افت‌وخیزهای تصادفی دامنه و فاز جبهه‌ی موج، عواملی هستند که از استفاده لیزر به عنوان انتقال دهنده اطلاعات در فضای آزاد جلوگیری می‌کنند. به همین دلیل برای انتقال اطلاعات از گزینه‌های جایگزینی همچون فیبر نوری استفاده می‌شود. به دلیل هزینه‌های بالای فیبر نوری استفاده از آن‌ در مسافت‌های طولانی مقرون به صرفه نیست. با توجه به اینکه استفاده از باریکه لیزر برای انتقال اطلاعات در فضای آزاد نسبت به فیبر مقرون به صرفه‌تر است می‌توان از باریکه فرش شعاعی که یک باریکه‌ی غیرپراشی است، استفاده کرد. از ویژگی‌های باریکه‌های غیرپراشی خاصیت خود ترمیمی آن‌هاست. به این معنی که اگر جبهه‌ی موج بر اثر انتشار ‌در جو متلاطم دچار انحرافات کوچک موضعی شود این باریکه‌ها دوباره سطح جبهه‌ی موج خود را ترمیم می‌کنند. در این مقاله باریکه فرش شعاعی و لاگر گاوسی از محیط تلاطمی آزمایشگاهی همرفتی عبور داده شده‌اند. محیط تلاطمی همرفتی با استفاده از یک عدد گرمکن مسطح ایجاد می‌شود. پارامتر برای هرکدام از باریکه‌های عبوری در دماهای مختلف اندازه‌گیری شده است. همانطور که نشان خواهیم داد باریکه فرش شعاعی نسبت به باریکه لاگر گاوسی در عبور از محیط متلاطم مقاومت بیشتری نشان می‌دهد.

Propagation of radial carpet beams through a convective air turbulence

The best option for transferring information in free space is the use of lasers. But turbulence, due to temperature gradients, pressure variations, or wind movement, prevents the correct transmission of information by using laser in the free-space. Due to the refractive index fluctuations in the turbulent atmosphere, when the light passes through the turbulent atmosphere, the amplitude and phase of the wavefront fluctuate. Random fluctuations of the amplitude and phase of the wavefront are factors that prevent the use of laser as a data transmitter in the free space. For this reason, replacement options such as fiber optics are used to transfer information. Because of the high cost of fiber optics, it is not cost-effective at long distances. Given that the use of a laser beam for the transfer of information in free space is more cost-effective than fiber, a radial carpet can be used as a non-diffracting beam. The characteristics of radial carpet beams are their self-healing properties. This means that if the wavefront is exposed to small distortions due to the propagation of the turbulent atmosphere, these beams will again repair the form of the wavefront. In this article, the radial carpet beam and the Laguerre-Gaussian beam are passed through the turbulent atmosphere. The parameter for each of these beams is measured at different temperatures. As we will see, the radial carpet beam is more resistant than the Laguerre-Gaussian beam in passing turbulent atmospheres.