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Weather sensing with structured light

delete2025-03-18
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OA
AI
Z
Zhaozhong Chen
U
Ultan Daly
A
Aleksandr Boldin
M
Martin P. J. Lavery *
DOI:10.1038/s42005-025-02004-5delete
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摘要

摘要

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环境条件,如温度和风速,严重影响传播光场经历的复杂且快速变化的光学畸变。连续的随机相位波动通常使解读特定光学像差的精确来源变得具有挑战性。涡流的产生是大气湍流的主要贡献因素,其几何结构与位于携带轨道角动量(OAM)的束中心的光学涡旋相似。将接收到的光场分解为OAM提供了一种独特的空间相似性,可用于分析湍流信道。在本工作中,我们提出了一种基于模式分解的机器学习方法,该方法揭示了涡旋束畸变中的可训练特征,允许进行有效的环境监测。该技术可以可靠地与支持向量机回归模型结合使用,以测量36米实验湍流自由空间信道中温度变化为0.49摄氏度和风速变化为0.029 m s⁻¹的温度和风速(具有可控且可验证的温度和风速),且仅需3秒的测量时间。这些发现可能表明,导致特定涡流形成的环境条件与OAM螺旋谱之间存在潜在的物理关系。因此,这种关系可用于开发下一代光学气象传感器。
Keyword:
ORBITAL ANGULAR-MOMENTUM
SPACE OPTICAL COMMUNICATION
TURBULENCE
PERFORMANCE
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Communications Physics
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