仪器仪表学报

作者：吴鹏飞，陈伟，雷思琛，丁德强，王惠琴

单位：吴鹏飞,西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048,,陈伟,西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048,,雷思琛,西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048,,丁德强,信息支援部队工程大学武汉430030,dingdeqiang17@nudt.edu.cn,王惠琴,兰州理工大学计算机与人工智能学院兰州730050,

关键词：波前校正;涡旋光束;海洋湍流;GS算法

基金：陕西省教育厅服务地方专项计划项目(24JC068)、陕西省重点研发计划工业领域项目(2024GX-YBXM-101)、西安市高校院所科技人员服务企业项目(24GXFW0054)资助

海洋湍流信道中折射率的随机起伏会引起涡旋光束波前畸变与模间串扰,进而降低轨道角动量模式的传输概率,影响水下光通信系统的稳定性。针对传统GS算法依赖远场夫琅和费衍射假设、难以表征水下短距离传播的菲涅尔衍射特性,且易陷入局部最优等问题,故提出了一种面向水下涡旋光束波前校正的改进GS算法。该算法以菲涅尔正/逆衍射替代夫琅和费衍射,引入理想拉盖尔-高斯涡旋光束振幅作为幅度约束,并结合限制区域与负反馈机制实现了算法的快速及稳定收敛,并进行理论及实验验证。仿真结果表明:在中等强度湍流条件下,拓扑荷数L=1的涡旋光束传输概率由0.40提升至0.98;在不同拓扑荷数、传输距离、动能耗散率、均方温度耗散率及温盐比等参数变化下,改进GS算法均表现出优于传统GS的鲁棒性与校正精度。基于空间光调制器模拟海洋湍流结果表明:改进GS算法平均约120次迭代收敛,光强相关系数由0.64提升至0.82;相较传统GS算法,传输概率提升约20%,收敛速度提升约25%,光强相关系数提高约3.8%。水箱实验中,校正前平均光强相关系数为0.77、方差8.2×10-5,传统GS校正后为平均光强相关系数0.79、方差3.23×10-5;改进算法进一步将平均光强相关系数提升至0.80、方差1.4×10-5。研究表明,该方法在多种湍流参数下具备更好的鲁棒性,可为水下涡旋光束光通信系统的波前校正提供参考。

来源：2026年第1期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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