本研究探讨了涡旋光束在不同应用场景中的表现，重点分析了大气湍流对涡旋光束传播的影响以及不同轨道角动量（OAM）态之间的相位串扰问题。
项目信息
编号：MOG-23
大小：11M
运行条件
Matlab开发环境版本：
– Matlab R2020b、R2023b
项目介绍
通过实验和模拟方法，我们首先研究了高阶涡旋光束的生成技术，并进一步分析了大气湍流对光束的影响。针对不同OAM态之间的串扰，我们提出了相应的校正方法，最终实现了OAM态的复用。
本研究为光通信领域提供了新的技术方案，对提高信息传输效率和抗干扰能力具有重要意义。
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。
但是涡旋光束在大气中传输的时候，由于受到各种大气因素的干扰，如光线干扰，天气影响，气温压强变化，从而导致大气折射率的改变。此时，涡旋光束在传输过程中会受到大气折射率的影响，从而导致涡旋光束在大气传播时，出现诸如光束扩展、光束抖动、涡旋光束的OAM谱弥散，串扰等问题，即大气湍流效应[02,03] 。
因此，对受到大气湍流影响的涡旋光束进行校正就显得格外重要，传统的光学校正，其工作流程主要分为五个步骤。
第一、涡旋光束受到大气湍流的影响而导致了相位的畸变、串扰等问题。
第二、相位畸变和串扰等影响了通信质量；
第三、加入自适应光学校正模块，得到预校正的涡旋光束，控制相位和光强分布；
第四、自适应光学校正模块减少了涡旋光束的相位的畸变、串扰等问题。
第五、改善通信指标，提升了通信性能。
但由于涡旋光束有其特殊的相位特性和光强度分布特性，使得传统的光学校正方法
项目文档
Tipps：可以根据您的需求进行写作，确保文档原创！
– 项目文档：写作流程
算法流程
代码讲解
Tipps：仅对01_涡旋光束\tops.m部分代码简要讲解。该项目可以按需有偿讲解，提供后续答疑。
运行效果
1.运行 01_涡旋光束\tops.m
图片1：该图由四个子图组成，分别展示了涡旋光束的相位分布、强度分布、特定位置处的强度分布以及相位随检测平面角度的变化情况。
结果分析：
1.左上角子图: 相位分布
（1）标题: 相位
（2）X轴: x/m (米)
（3）Y轴: y/m (米)
（4）内容: 展示了涡旋光束在空间上的相位分布。图中的环形结构显示了相位的周期性变化。
2.右上角子图: 强度分布
（1）标题: 强度
（2）X轴: x/m (米)
（3）Y轴: y/m (米)
（4）内容: 展示了涡旋光束在空间上的强度分布。图中显示了光束中心的强度最强，并向外逐渐减弱，形成类似于高斯分布的结构。
3.左下角子图: 强度分布（特定位置）
（1）标题: 强度分布
（2）X轴: x/m (米)
（3）Y轴: 强度/a.u. (任意单位)
（4）内容: 展示了沿着x轴方向、特定y位置处的光束强度分布。图中显示强度在光束中心处达到峰值，并向两侧逐渐减弱。
4.右下角子图: 相位分布（检测平面角度）
（1）标题: 相位分布
（2）X轴: Detecting plane Angle (检测平面角度，单位为度)
（3）Y轴: Phase (相位，单位为度)
（4）内容: 展示了相位随检测平面角度的变化情况。图中显示相位在特定角度处发生了显著的跳变，体现了涡旋光束的特性。
总结：这四个子图共同展示了涡旋光束在传输过程中的相位和强度特性，为进一步分析和研究涡旋光束提供了重要的视觉化信息。
2.运行 02_大气湍流影响\main.m
图1: 深度涡旋光场强度随传输距离的变化
– X轴: 传输距离
– Y轴: 深度涡旋光场强度
– 内容: 展示了深度涡旋光场强度随传输距离增加而逐渐增强的趋势，表现出一种非线性的增长关系。
图2: 深度涡旋光场强度随湍流强度的变化
– X轴: 湍流强度
– Y轴: 深度涡旋光场强度
– 内容: 展示了深度涡旋光场强度随湍流强度增加而线性增加的关系。
图3: 深度涡旋光场相位移位随传输距离的变化
– X轴: 传输距离
– Y轴: 深度涡旋光场相位移位
– 内容: 展示了深度涡旋光场相位移位随传输距离的增加而逐渐增加的趋势。
图4: 深度涡旋光场相位移位随湍流强度的变化
– X轴: 湍流强度
– Y轴: 深度涡旋光场相位移位
– 内容: 展示了深度涡旋光场相位移位随湍流强度增加而线性增加的关系。
图5: 深度涡旋光场强度损失随传输距离的变化
– X轴: 传输距离
– Y轴: 深度涡旋光场强度损失
– 内容: 展示了深度涡旋光场强度损失随传输距离增加而非线性增加的趋势。
图6: 深度涡旋光场强度损失随湍流强度的变化
– X轴: 湍流强度
– Y轴: 深度涡旋光场强度损失
– 内容: 展示了深度涡旋光场强度损失随湍流强度增加而非线性增加的关系。
图7: 深度涡旋光场强度和相位分布
(1)左图: 深度涡旋光场强度分布
– X轴: x/mm
– Y轴: y/mm
– 内容: 展示了涡旋光场强度在二维空间的分布，形成环状结构。
(2)右图: 深度涡旋光场相位分布
– X轴: x/mm
– Y轴: y/mm
– 内容: 展示了涡旋光场相位在二维空间的分布，表现出涡旋特有的相位螺旋结构。
3.运行 03_不同轨道角动量OAM态之间的串扰\mains.m
图1: 3D曲面图
（1）图1左上:
– 显示了两个椭圆形的3D曲面，可能表示某种参数在3D空间中的分布。
（2）图1右上:
– 显示了一个双螺旋状的3D曲面，可能表示某种波动或周期性变化。
（3）图1左下:
– 显示了一个扭曲的曲面，可能表示复杂的3D数据分布。
（4）图1右下:
– 显示了一个类似于左下图但形状略有不同的曲面，可能是不同参数或条件下的数据分布。
结论：这些3D曲面图展示了不同函数或数据在三维空间中的分布情况。
图2: 2D等高线图
（1）图2左上:
– 显示了同心圆形状的等高线图，可能表示某种参数的径向对称分布。
（2）图2右上:
– 显示了椭圆形状的等高线图，可能表示非对称参数分布。
（3）图2左下:
– 显示了类似于左上图但带有波动的等高线图，可能表示某种扰动或周期性变化。
（4）图2右下:
– 显示了一个更复杂的等高线图，可能表示多个参数或非线性条件下的分布。
结论：这些2D等高线图展示了不同函数或数据在二维平面上的等高线分布情况。
分析：图1和图2共同展示了复杂函数或数据在三维空间和二维平面上的分布特性。3D曲面图可以用于分析数据在空间上的整体变化，而2D等高线图则可以提供更直观的参数分布和变化情况。这些图形有助于理解数据的空间特性和周期性变化。
4.运行 04_校正等\main.m
图1: 涡旋光束通过大气湍流后的强度和相位分布
（1）左图: 强度分布
– X轴: x/mm (毫米)
– Y轴: y/mm (毫米)
– 标题: 通过大气湍流
– 内容: 展示了涡旋光束在通过大气湍流后的强度分布，呈现出旋涡状的结构。
（2）右图: 相位分布
– X轴: x/mm (毫米)
– Y轴: y/mm (毫米)
– 内容: 展示了涡旋光束在通过大气湍流后的相位分布，表现出明显的相位畸变和扭曲。
图2: 涡旋光束校正后的强度和相位分布
（1）左图: 强度分布
– X轴: x/mm (毫米)
– Y轴: y/mm (毫米)
– 标题: 校正后效果
– 内容: 展示了经过校正后的涡旋光束强度分布，旋涡状结构更加清晰且对称。
（2）右图: 相位分布
– X轴: x/mm (毫米)
– Y轴: y/mm (毫米)
– 内容: 展示了经过校正后的涡旋光束相位分布，相位畸变显著减少，表现出更加规则的涡旋特性。
分析：这些图展示了涡旋光束在通过大气湍流后的强度和相位变化，以及经过校正后的恢复效果。图1显示了大气湍流对涡旋光束造成的强度和相位畸变，而图2展示了校正技术在恢复涡旋光束特性方面的有效性。通过对比这两组图，可以直观地看到校正技术在优化涡旋光束传输质量方面的重要作用。
5.运行 05_轨道角动量态复用\compared.m
图: 不同校正方法下的误码率随湍流强度的变化
（1）X轴: Cn2（湍流强度）
– 表示大气湍流强度的参数。
（2）Y轴: Ber（误码率）
– 表示光通信系统的误码率。
（3）图例:
– 蓝色圆圈线: 无波前校正模拟
表示在没有波前校正技术下，误码率随湍流强度的变化。
– 红色方框线: 含波前校正模拟
表示在采用波前校正技术后，误码率随湍流强度的变化。
分析：
（1）无波前校正模拟:
– 随着湍流强度Cn2的增加，误码率显著增加。这表明大气湍流对光通信系统的影响很大，导致信号质量下降和误码率上升。
（2）含波前校正模拟:
– 在采用波前校正技术后，误码率显著降低，尤其是在较低的湍流强度范围内效果更为明显。这表明波前校正技术在减小湍流影响、提高通信系统性能方面非常有效。
– 然而，随着湍流强度的进一步增加，波前校正的效果逐渐减弱，但整体误码率仍然低于未校正的情况。
该图展示了波前校正技术在不同湍流强度下对光通信系统误码率的影响。结果表明，波前校正技术能够显著降低误码率，尤其是在中低湍流强度范围内效果最佳。这对于提高涡旋光束在大气传输中的可靠性和性能具有重要意义。
远程部署
Tipps：购买后可免费协助安装，确保运行成功。
– 远程工具：Todesk 、向日葵远程控制软件
– 操作系统：Windows OS
项目文件
文件目录
Tipps：完整项目文件清单如下：
项目目录
– 1.Code (完整代码：确保运行成功)
– 2.Result (运行结果：真实运行截图)
– 3.Demo (演示视频：真实运行录制)
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