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2.部分仿真图预览
3.算法概述
涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束，在涡旋光束中，决定涡旋光束特性的角量子数可以是任意一个自然数，其不同设置所产生的涡旋光束之间存在正交关系。目前，产生涡旋光束的方式很多种，总的来讲，包括腔外光束产生方式和腔内光束产生方式两种类型。第一种产生方式，其主要通过谐振器件来得到髙斯光束，然后将高斯光束通过特殊的相位元件来达到空间整形的目的，继而产生相应的涡旋光束。第二种产生方式，其直接进行空间相位整形，并在谐振腔内得到相应的涡旋光束。第二种产生方式也就是常见的涡旋激光器。目前为止，涡旋光束有着极其广泛的应用前景，包括生物医学领域，原子物理学领域，材料科技以及激光等多个领域。
4.部分源码
%大气湍流的物理特性分析
Dist = [0:2000:20000];
figure;
indx = 0;
rad1 = [];
for L=Dist
indx = indx + 1;
Cn = 8*10^(-9);
th = 4.03*Cn.^(6/5)*0.6328.^(-1/5)*L.^(3/5);
rad1(indx)= th*L;
end
plot(Dist,rad1,'b-o')
% title('涡旋光束光斑尺度和传输距离的关系')
xlabel('传输距离')
ylabel('涡旋光束光斑尺度')
figure;
indx = 0;
rad2 = [];
Cset = [0:20*10^(-9):500*10^(-9)];
for Cn = Cset
indx = indx + 1;
L = 100;
th = 4.03*Cn.^(6/5)*0.6328.^(-1/5)*L.^(3/5);
rad2(indx) = th*L;
end
plot(Cset,rad2,'b-o')
% title('涡旋光束光斑尺度和湍流强度的关系')
xlabel('湍流强度')
ylabel('涡旋光束光斑尺度')
figure;
indx = 0;
alf = [];
Dist = [0:2000:20000];
for L= Dist
indx = indx + 1;
Cn = 8*10^(-9);
alf(indx) = sqrt(1.75*Cn*Cn*L*3.2^(-1/3)*10^(-18));
end
plot(Dist,alf,'b-o')
% title('涡旋光束光斑偏移角度和传输距离的关系')
xlabel('传输距离')
ylabel('涡旋光束光斑偏移角度')
figure;
indx = 0;
Cset = [0:20*10^(-9):500*10^(-9)];
alf = [];
for Cn=Cset
indx = indx + 1;
L = 1000;
alf(indx) = sqrt(1.75*Cn*Cn*L*3.2^(-1/3)*10^(-18));
end
plot(Cset,alf,'b-o')
xlabel('湍流强度')
ylabel('涡旋光束光斑偏移角度')
figure;
indx = 0;
B = 0.49;
Dist = [0:500:20000];
I = [];
for L=Dist
indx = indx + 1;
Cn = 8*10^(-9);
I(indx)= B*(2*pi/0.6328).^(7/6)*L.^(11)*Cn.^2*10^(-18);
end
plot(Dist,I,'b-o')
xlabel('传输距离')
ylabel('涡旋光束光强起伏')
figure;
indx = 0;
B = 0.49;
Cset = [0:20*10^(-9):500*10^(-9)];
I = [];
for Cn=Cset
indx = indx + 1;
L = 1000;
I(indx)= B*(2*pi/0.6328).^(7/6)*L.^(11)*Cn.^2*10^(-18);
end
plot(Cset,I,'b-o')
xlabel('湍流强度')
ylabel('涡旋光束光强起伏')
%光线通过大气湍流的变换仿真分析
N = 300;
w0 = 0.03;
s = 5;
z = 1000;
lamda = 1.550e-6;
k = 2*pi/lamda;
z0 = k*w0^2/2;
%图像坐标范围
b = 0.2;
dx = b/N;
Cn2 = 1e-15;
%传输距离
Numz = 20;%把传播距离分成Numz段
dz = z/Numz;%每段的距离
m2 = [-N/2:N/2-1];
[r,theta] = meshgrid(linspace(0,b,N),linspace(0,2*pi,N));
[x,y] = pol2cart(theta,r);
%窗口宽度
L = 0.7;
df = 1/L;
%空间频率
[fx,fy] = meshgrid(m2*df);
fr = sqrt(fx.^2+fy.^2);
kx = 2*pi*fx;
ky = 2*pi*fy;
kr = 2*pi*fr;
A = sqrt(2/(pi*gamma(abs(s)+1)));
%发射光束的表达式
u0 = A*exp(-r.^2/w0^2).*(sqrt(2)*r/w0).^s.*exp(1i*s*theta);
u = u0;
phi = func_influence(lamda,z,Cn2);
for j=1:Numz
u1 = fft2(exp(1i*phi).*u);
u1 = fftshift(u1);
u = ifft2(ifftshift(exp(1i*k*dz)*exp(-1i*dz*kr.^2/(2*k)).*u1));
end
%强度和相位图
[X,Y] = meshgrid(m2*dx);
uz = griddata(x,y,u,X,Y);
A141
