《Journal of Marine Science and Engineering》：DEM Study of Hydrate-Bearing Sediments Under Variable Hydrate Initial Saturation and Dissociation Ratio
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研究人员提出了一种基于相干理论的部分相干余弦高斯涡旋光束（PCCGVB），建立了该光束在海上大气湍流中的理论模型，并推导了其交叉谱密度（CSD）演化方程。研究表明，PCCGVB的强度分布在离轴参数调控下可呈现偏心环或新月形结构；在自由空间中传播时会逐渐演化为离
研究人员提出了一种基于相干理论的部分相干余弦高斯涡旋光束（PCCGVB），建立了该光束在海上大气湍流中的理论模型，并推导了其交叉谱密度（CSD）演化方程。研究表明，PCCGVB的强度分布在离轴参数调控下可呈现偏心环或新月形结构；在自由空间中传播时会逐渐演化为离轴光斑乃至单光斑，其演化速率受拓扑荷数（M）与相干长度（δx、δy）影响。在海上大气湍流中，PCCGVB会更快丧失初始偏心环结构，相干涡旋位置发生迁移且数量增加，相干度（DOC）随传输距离和湍流结构常数增强而加速衰减。该工作为近海面光通信与结构化光场调控提供了理论依据。
研究背景方面，面向光通信应用需求，部分相干光束（PCB）因抗湍流扰动能力优于完全相干光而受到关注。已有研究分别探讨了随机高斯-谢尔模型（GSM）阵列光束、余弦高斯相关光束、部分相干涡旋光束等在大气或海洋环境中的传输性质，但将余弦函数调制与涡旋相位结合、并系统研究其在海上大气湍流中演化规律的工作尚不充分。海上大气湍流靠近海面，折射率起伏会显著改变结构化光场的强度与相干结构，因此研究人员开展了部分相干余弦高斯涡旋光束（PCCGVB）的建模与传输特性研究。
主要关键技术方法上，研究人员以相干理论构建光源模型，将余弦调制的相干涡旋场与高斯-谢尔模型（GSM）源结合，推导源面交叉谱密度（CSD）；继而基于扩展惠更斯-菲涅耳原理（extended Huygens-Fresnel principle），引入海上大气湍流折射率空间功率谱，获得传播过程中CSD解析形式；通过数值计算强度分布、相干度（degree of coherence, DOC）与相干涡旋位置，分析离轴距离s、调制参数a与b、拓扑荷数M、相干长度δx与δy及湍流参数对演化的影响。
研究结果部分，模型构建小节中，研究人员给出PCCGVB源面CSD表达式，明确当a=b=0时退化为部分相干涡旋光束（PCVB），当s=0时退化为无离轴PCCGVB。海上大气湍流传播小节中，推导得到湍流中CSD完整形式，并基于实部与虚部为零条件定位相干涡旋。结果与讨论小节显示：自由空间内，s=2 mm时强度由偏心环随距离增大渐变为离轴光斑再趋近单光斑；s增大至1 cm时出现新月形，说明离轴参数控制初始非对称结构。相干长度δ越小，环结构消失越快；较大δ可维持涡旋环轮廓。调制参数a=b增大时，光斑外围出现附加小瓣，证明余弦调制可重塑光场形态。拓扑荷数M越大，偏心环保持更久；引入余弦项后较纯PCVB更易获得离轴环分布。进入海上大气湍流后，初始偏心环在较短距离内被平滑为类高斯斑，湍流结构常数越大展宽越明显；内尺度l0减小会加快结构退化，外尺度L0影响较弱。相干涡旋方面，传播中涡旋数量由一变多、位置持续迁移，湍流进一步改变其分布。相干度（DOC）随距离单调下降，强湍流下衰减更迅速。
讨论与结论翻译部分，研究人员将余弦高斯涡旋场拓展为与GSM关联的部分相干余弦高斯涡旋光束（PCCGVB），推导了海上大气湍流下的CSD并系统分析其传播特征。结论表明：PCCGVB强度形态受离轴参数s调控，可由偏心环过渡为新月的非对称分布；自由空间中随距离演化为离轴光斑；较小拓扑荷数M或较小相干长度δx=δy会加快离轴结构消失；海上大气湍流中较强湍流结构常数使光场更快变为更大类高斯分布；相干涡旋数量随距离增加并发生位置迁移。该结果深化了对部分相干结构化光在复杂近海信道中传输机理的认识，可为海上自由空间光通信、光场奇异结构调控与抗湍流设计提供理论参考。
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