Bessel vorteks Gaussian ışınının yayılma özelliklerinin analizi
Analysis of Bessel vortex Gaussian beam propagation properties
Yazar: KÜBRA YURTTAŞ EŞKİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KHOLOUD ELMABRUK
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Türbülanslı bir atmosferde yayılan Bessel vorteks Gauss ışınının (BVGB) kalitesi araştırılmıştır. Bildiğimiz kadarıyla, türbülanslı atmosferde yayılan BVGB'lerin yayılma özellikleri henüz incelenmemiştir. Bu bağlamda, 6 km'de yayılan BVGB'nin ışın boyutu kurtosis parametresi ve sintilasyon özellikleri incelenmiştir. Topolojik yükün ve kaynak boyutunun, ışın boyutu, kurtosis ve sintilasyon parametrelerinin yayılma mesafesine karşı değişimi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, 1 Km'ye kadar yayılan daha büyük kaynak boyutlarına sahip BVGB'lerin daha az yayıldığını göstermektedir. Bununla birlikte, küçük kaynak boyutlarına sahip ışınlar yayılma mesafesi arttıkça daha az yayılmaktadır. Öte yandan, daha yüksek topolojik yüke sahip BVGB'ler Bessel Gauss ışınına göre daha fazla yayılmaktadır. Ayrıca, topolojik yük arttıkça BVGB'lerin keskinliği artar ve daha yüksek topolojik yüklerde ışınlar düzleşmeye başlar. Bunun yanı sıra, daha büyük kaynak boyutlarına sahip BVGB'ler, daha küçük kaynak boyutlarına sahip olanlardan ve Bessel ışın demetlerinden daha düzdür. Türbülanslı bir atmosferde belirli bir yayılma mesafesinde sintilasyon etkisi incelendiğinde, BVGB'lerin daha yüksek topolojik yüklere sahip olduklarında ışın profillerini koruyabildikleri gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar, BVGB'lerin serbest uzay optik haberleşme sistemlerindeki davranışlarının anlaşılmasına yardımcı olacaktır. Böylece, geniş bir uygulama yelpazesinde sistem performansının iyileştirilmesinde faydalı olacaktır.

Anahtar Kelimeler: Bessel Gauss vorteks ışını, Işın kalitesi, Türbülans

Abstract:
The quality of the Bessel vortex Gaussian beam (BVGB) while propagating in a turbulent atmosphere is investigated. To the best of our knowledge, the propagation properties of BVGBs propagating in turbulent atmosphere are not studied yet. Accordingly, this study aims to analyse its behaviour by examining the beam size, kurtosis parameters and scintillation properties along the propagation path. In this context, the beam size, a kurtosis parameter and scintillation properties of BVGB propagating 6 Km are examined. The impact of topological charge and source size on the variation of beam size, kurtosis and scintillation parameters against the propagation distance is studied. The obtained results show that BVGBs with bigger source sizes spread less while propagating up to 1 Km. However, beams with small source sizes spread less as the propagation distance increases. On the other hand, BVGBs with higher topological charges spread more than the Bessel Gaussian beam. Moreover, as the topological charge increases the sharpness of BVGBs increases then beams start to flatter at higher topological charges. Whereas, BVGBs with bigger source sizes are flatter than the ones with smaller source sizes and also flatter than Bessel beams. In addition, Examining the scintillation effect at a certain propagation distance in a turbulent atmosphere shows that BVGBs can maintain their beam profiles when they have higher topological charges. The obtained results will help understand the behaviour of BVGBs in free-space optical communication systems. Thus, it will be beneficial in improving system performance in a wide range of applications.

Keywords: Bessel Gaussian vortex beam, Beam quality, Turbulence