超几何高斯光束在吸收型各向异性海洋湍流中的平均信道容量

超几何高斯（HyGG）光束具有近似无衍射、自聚焦和自重构特性，有望用于提升基于轨道角动量（OAM）的水下光通信系统的信道容量。基于Rytov近似及广义惠更斯菲涅耳原理推导了HyGG光束在吸收型各向异性海水信道下的OAM探测概率及平均信道容量的解析表达式。分析了HyGG光束在无湍流衰减信道下的光强分布，并详细探究了光源参数、信道环境参数及通信系统参数对HyGG光束传输及通信质量的影响。结果表明，HyGG光束的自聚焦能力随空心度参数的增大而增强。光束的波长、OAM模式数、束腰半径、空心度参数以及发射功率、接收孔径尺寸、OAM信道数、传输距离、湍流的强度、各向异性程度、内外尺度均会对通信系统的平均信道容量产生影响。通信系统误码率与平均信道容量变化趋势相反。此外，空心度参数大于0的HyGG光束在远距离传输下的传输及通信特性优于拉盖尔高斯（LG）光束及高斯涡旋（GV）光束。这些结果对基于HyGG光束的水下光通信链路的搭建具有重要指导意义。