随着光学通信与激光技术的不断发展，湍流对光束传播的影响已成为研究中的重要课题。特别是在大气湍流条件下，光束的传播会受到相位扰动的影响，从而导致光束质量的恶化、能量损失及光束中心的偏移等问题。
项目信息
编号：MOG-86
大小：4.2M
运行条件
Matlab开发环境版本：
– Matlab R2020b、2023b、2024a
项目介绍
随着光学通信与激光技术的不断发展，湍流对光束传播的影响已成为研究中的重要课题。特别是在大气湍流条件下，光束的传播会受到相位扰动的影响，从而导致光束质量的恶化、能量损失及光束中心的偏移等问题。本文基于高斯光束模型，提出了一种模拟湍流对光束传播影响的方法，使用了湍流的相位功率谱函数以及傅里叶光学理论，模拟了光束在湍流环境中的传播过程。通过该模型，计算了光束传播过程中光束质量因子𝑀2、光束标准差、光束中心偏移以及能量损失等评估指标，并通过数值仿真对光束的传播特性进行了详细分析。仿真结果表明，湍流对光束传播的影响主要表现为光束的发散、中心偏移和能量损失。最终的评估指标显示，湍流环境下光束的质量因子略大于理想状态，而光束中心的偏移量较小，光束标准差则呈现出一定程度的增大。本研究不仅为湍流环境下光束传播的理论研究提供了新的思路，也为实际应用中的光学系统设计提供了参考依据。
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：仅对运行gauss.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
运行 gauss.m
Figure 1 – 光束传播 – 第5层
分析说明：
（1）3D图显示光束的强度分布： 该图展示了第5层光束传播过程中的强度分布情况，呈现出典型的高斯分布特征。
（2）X、Y轴： 分别表示平面坐标，取值范围为-0.4到0.4米。
（3）Z轴： 表示光强度，范围为0到0.04。通过此图，可以观察到光束中心区域光强度较高，向外衰减。
总结： 该图揭示了高斯光束传播中的基本特性，即光束在传播过程中逐渐扩展，但仍保持明显的对称性和高斯形状。
Figure 2 – 光强等高线 – 第5层
分析说明：
（1）等高线图展示光束强度分布： 该图是对Figure 1的俯视图，呈现了相同光束的光强等高线图。颜色从蓝色到黄色表示从光强最弱到最强的渐变（0到0.03范围）。
（2）中心区域： 该区域呈现黄色，表示光强度最大，显示出光束的对称性特征。
总结： 通过等高线图，可以清晰地看到光束的强度分布，且表现出明显的高斯形态。光束具有很好的对称性，中心光强最强，向外逐渐减弱。
Figure 3 – 光束轮廓 – 第5层
分析说明：
（1）强度剖面图： 该图显示了光束在某一截面的强度剖面。X轴范围为-1.5到1米，Y轴表示光强度。
（2）尖锐峰值特征： 可以看出，在光束的中心位置有一个尖锐的峰值，表明光束的光强在此处最高，符合高斯光束的特性。
总结： 该图进一步验证了光束的高斯分布特性，光强的分布在中心区域呈现明显的集中峰值，且周围逐渐减弱。
Figure 4 – 光强随传输距离的变化
分析说明：
（1）X轴： 表示传输距离（0到1000米），显示了光束在不同传播距离下的光强变化。
（2）Y轴： 表示光强度（0到3.5范围），展示了光束在传输过程中光强的变化。
（3）多条曲线： 表示不同径向位置的光强变化。可以观察到光束随着传输距离的增加，光强逐渐衰减，并发生一定的发散。
总结： 这张图展示了光束在传播过程中的典型衰减和发散特性，光强随着传输距离的增加逐渐减弱，验证了高斯光束在远距离传播中的特性。
Figure 5 – 最终光强分布 – 归一化
分析说明：
（1）3D光强分布图： 归一化后的光强分布图，光强值被标准化到0到1的范围，以便进行比较。
（2）高斯分布特征： 归一化后的图形仍显示出典型的高斯光束形状，中心光强最高，逐渐向外衰减。
总结： 这张图的归一化处理使得不同情况下的光强分布更加可比。高斯分布特征明显，有助于我们定量分析光束的传播特性。
Figure 6 – 最终光强分布 – 灰度图
分析说明：
（1）二维强度分布： 该图是Figure 5的俯视图，采用灰度值代替了彩色编码。灰度值从白到黑表示光强从最大到最小。
（2）中心亮白色： 表示光强最大，光束的中心区域最亮。光强从中心向外逐渐衰减，灰度逐渐变暗。
总结： 这张图为光束的横截面提供了一种直观的灰度表示方式，与三维图相比，展示了光束强度的分布及其中心区域的高强度特征。
评估指标
分析说明：
（1）光束质量： 从 M² 值来看，光束的传播质量较好，接近理想的高斯光束。
（2）能量损失： 能量损失几乎为零，意味着光束传播过程中的能量保持得很好，基本没有衰减。
（3）中心偏移： 偏移量很小，说明光束在传播过程中没有发生明显的位移，传播稳定性较好。
（4）标准差： 光束的标准差较小，表明光束保持了较为集中和高质量的传播模式。
总结：
这些图像不仅能用于评估光束质量，还能帮助分析光束在湍流环境中的传播特性。这对光学系统设计、激光器输出特性研究、光束质量评估等领域具有重要的指导意义。通过这些分析图，能够更好地理解和优化光学系统的性能，特别是在实际应用中遇到的湍流干扰情况下。
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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