复杂光场的高分辨率时空重建实现了湍流统计特性的直接检验

《Scientific Reports》：High-resolution spatiotemporal reconstruction of complex optical fields enables direct testing of turbulence statistics

　　**摘要**大气湍流中光传播的理论描述建立在复相位涨落遵循高斯统计这一假设之上。检验该假设需要将实测相干性与高斯理论的预测值进行直接比较，而这又要求在比湍流相关尺度更精细的时空分辨率下重构完整的复场——即振幅和相位——这一能力超出了仅相位方法所能达到的范围。在此，我们利用哈达玛编码光阑结合二值振幅调制技术，以千赫兹速率在真实大气湍流条件下重构此类复场，且不对相位分布施加任何统计先验假设。将该平台应用于24种可控湍流条件（$2.8 \lesssim D/r_0 \lesssim 9.7$），实现了对实测相干性与高斯理论预测值的直接比较，揭示出在弱闪烁区随湍流强度增大而系统性偏离的现象——而在该区域内高斯假设本应成立。这些偏离将此前已在到达角统计中记录的非高斯行为扩展到了完整的空间相干结构，并表明由高斯假设导出的相干估计会系统性低估相干半径——而相干半径这一量决定了地面层光传播中光纤耦合效率、相干检测性能以及湍流廓线测量精度。