大气湍流对单光子通信中光子态的影响.pdf

第 34卷 第 6期 激 光 技 术 Vo1．34，No．6 2010年 11月 LASER TECHNOLOGY November，2010 文章编号 ：1001—3806(2010)06—0839—04 大气湍流对单光子通信 中光子态的影响 徐建才 ，张逸新 ，朱焯炜 ，魏柏林 ，王建宇 ，贾建军 (1．江南大学 理学院，无锡 214122；2．中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083) 摘要：为了研究光子态在大气湍流中的变化规律，基于拉盖尔一高斯光束横向空间波函数(光子轨道角动量的本征 函数)以及湍流大气中拉盖尔一高斯光束光子态(可由各本征光子态叠加构成)，得到了湍流大气中光子态的探测概率，并 分析了大气湍流、传输距离、质量因子对光子态的影响。结果表明，质量因子是决定发射光子态跳变的重要因素 ，相同质 量因子的光子态在接受端的测量权重基本相同，且质量因子值越大原光子态测量权重越小。同时，在湍流大气的影响 下，从原光子态跳变到轨道角动量增加某值的光子态的测量权重总和与跳变到减小相应轨道角动量的光子态的测量权 重总和基本相同；随着湍流强度或传输距离的增加，发射光子态在接受端的光子测量权重不断减小 ，而且湍流强度对光 子态测量权重的影响比距离的大。 关键词：大气与海洋光学；激光通信；光子态 ；大气湍流；轨道角动量 中图分类号：O431．2 文献标识码 ：A doi：10．3969／j．issn．1001—3806．2010．06．032 Effectofatmosphericturbulenceon photonstatesinsingle photon communication xuJian—cai，ZHANG 一xin ，ZHUZhtto．wei，WEIBai—ling，WANGJian—yu，JIAJian-jun (1．SchoolofScience，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China；2．ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics，ChineseAcademy ofSciences，Shanghai200083，China) Abstract：Inordertostudythechangeregularityofphotonstatesinatmosphericturbulence，thephotonstatedetection probabilitywasderivedbasedonfactsthattransversespatialwavefunctionofLaguerre—Gaussianbeam istheeigenfunctionofa photonand transverse spatialwavefunction ofLaugerre—Gaussian beam propagation in turbulentatmosphere approachesto superimpositionofallphoton state eigenfunctions．Effectofatmospheric turbulence，propagation length，quality factoron detectionprobabilitywasanalyzed．Theresultspresentthatthechangeofthephotonstatelargelyreliesonbeam qualityfactor． Withthe same quality factor，the measurementweightatthe receiving plane isnearly the same． In addition the total