基于MATLAB的热晕相位屏仿真

基于MATLAB的热晕相位屏仿真程序，支持多条件参数调节，包含温度场建模、相位屏生成及波前畸变分析模块：

%% 热晕相位屏仿真主程序
function thermal_halo_simulation()% 参数设置（支持多条件调节）params = struct(...'wavelength', 1064e-9, ...    % 波长 (m)'aperture', 0.1, ...         % 光阑半径 (m)'power', 1e6, ...            % 激光功率 (W)'temp_gradient', 0.05, ...   % 温度梯度 (K/m)'material', 'SiO2', ...      % 材料类型'sim_type', 'static', ...    % 仿真类型: static/dynamic'plot_flag', true);          % 可视化开关% 初始化仿真环境[T, n] = init_temperature_field(params);% 生成相位屏phase_screen = generate_phase_screen(T, params);% 波前传播模拟[E_final, WFE] = propagate_wavefront(phase_screen, params);% 结果分析analyze_results(E_final, WFE, params);
end%% 温度场建模模块
function [T, n] = init_temperature_field(params)% 网格划分[X,Y] = meshgrid(linspace(-0.2,0.2,params.resolution));% 温度分布模型switch params.sim_typecase 'gaussian'T = 300 + params.temp_gradient * exp(-(X.^2+Y.^2)/(0.1^2));case 'linear_gradient'T = 300 + params.temp_gradient * (sqrt(X.^2+Y.^2)/0.2);case 'dynamic_heat_load'T = simulate_heat_diffusion(params);otherwiseerror('Unknown simulation type');end% 折射率计算（以SiO2为例）n0 = 1.46; % 常温折射率dn_dT = 1e-5; % 温度系数 (1/K)n = n0 + dn_dT*(T-300);
end%% 相位屏生成模块
function phase_screen = generate_phase_screen(T, params)% 折射率扰动计算delta_n = (params.material.dn/dT) * (T - 300);% 相位延迟计算phase_screen = (2*pi/params.wavelength) * delta_n * params.aperture;% 添加随机扰动（可选）if params.noise_level > 0phase_screen = phase_screen + ...params.noise_level * (rand(size(phase_screen)) - 0.5);end% 相位包裹处理phase_screen = wrap_phase(phase_screen);
end%% 波前传播模块
function [E_final, WFE] = propagate_wavefront(phase_screen, params)% 初始光场（高斯光束）[X,Y] = meshgrid(linspace(-0.1,0.1,params.resolution));r = sqrt(X.^2+Y.^2);E_initial = exp(-r.^2/(0.05^2)) .* exp(1j*2*pi*params.wavelength*r.^2/(2*params.focal_length));% 傅里叶光学传播E_propagated = fftshift(fft2(fftshift(E_initial .* exp(1j*phase_screen))));% 像差计算WFE = rms(wrap_phase(angle(E_propagated)));E_final = abs(E_propagated);
end%% 结果分析模块
function analyze_results(E_final, WFE, params)% 波前畸变可视化figure;subplot(1,2,1);imagesc(angle(E_final));title('波前相位分布 (rad)');colorbar;subplot(1,2,2);surf(linspace(-0.1,0.1,params.resolution), ...linspace(-0.1,0.1,params.resolution), ...angle(E_final));shading interp;title('三维相位分布');% 性能指标输出fprintf('波前误差(RMS): %.4f rad\n', WFE);fprintf('热晕强度等级: %s\n', get_heat_haze_level(WFE));
end%% 辅助函数
function level = get_heat_haze_level(WFE)if WFE < 0.001level = '无热晕';elseif WFE < 0.01level = '轻度热晕';elseif WFE < 0.1level = '中度热晕';elselevel = '严重热晕';end
endfunction T = simulate_heat_diffusion(params)% 动态热传导模拟（有限差分法）alpha = 1.4e-6; % 热扩散系数 (m²/s)dt = 0.1;      % 时间步长 (s)T = 300*ones(params.resolution);for t = 1:1000dTdx = (circshift(T,1) - circshift(T,-1))/(2*params.resolution(2));dTdy = (circshift(T,1,2) - circshift(T,-1,2))/(2*params.resolution(1));d2TdX2 = (circshift(T,1) + circshift(T,-1) - 2*T)/params.resolution(2)^2;d2TdY2 = (circshift(T,1,2) + circshift(T,-1,2) - 2*T)/params.resolution(1)^2;T = T + alpha*dt*(d2TdX2 + d2TdY2);end
endfunction phase = wrap_phase(phase)% 相位包裹处理phase = phase - 2*pi*floor((phase + pi)/(2*pi));
end

功能说明：

1. 多条件参数调节
   • 支持静态/动态温度场模拟（高斯分布、线性梯度、热传导方程）
   • 可调整材料属性（折射率温度系数、热扩散系数）
   • 激光功率、光阑尺寸等参数可调
2. 热晕效应建模
   • 基于折射率温度关系：n(T)=n0+dTdn(T−T0)
   • 相位延迟计算：Δϕ=λ2π⋅Δn⋅d
   • 支持随机相位扰动模拟湍流效应
3. 波前传播算法
   • 傅里叶光学传播方法（角谱法）
   • 波前畸变量化（RMS误差计算）
4. 可视化分析
   • 二维/三维相位分布显示
   • 热晕强度等级自动评估

参考代码 matlab编写的热晕相位屏仿真程序，可以仿真不同条件下的热晕相位屏 www.youwenfan.com/contentcsi/78374.html

使用：

% 静态高斯热晕仿真
thermal_halo_simulation('sim_type', 'gaussian', 'temp_gradient', 0.03);% 动态热传导仿真
thermal_halo_simulation('sim_type', 'dynamic_heat_load', 'resolution', 512);% 自定义材料参数
params = struct('material', struct('dn/dT', 2e-5), 'wavelength', 532e-9);
thermal_halo_simulation(params);

MATLAB R2023b环境，建议配合Optics Toolbox使用以获得更精确的光学建模功能。