基于MATLAB的空间光调制器涡旋光束相位动态调制系统

资 源 简 介

本MATLAB项目开发了一套利用空间光调制器实时生成和调控涡旋光束的系统。通过加载预设或自定义相位掩模，可对高斯光束进行螺旋相位调制，动态切换相位图样以实现光束轨道角动量的精准控制。

详 情 说 明

基于空间光调制器的涡旋光束相位动态调制系统开发

项目介绍

本项目开发了一套利用空间光调制器（SLM）对涡旋光束进行动态调制的控制系统。系统核心功能是通过加载特定的相位掩模，将入射的高斯光束调制为携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束，并能够实时改变其拓扑荷数与偏振态。该系统集成了相位图样生成、SLM驱动校准、光束参数分析等功能模块，为光学微操纵、量子通信、高容量光通信等研究领域提供了灵活的光场调控工具。

功能特性

• 动态相位调制：支持静态加载与动态序列切换两种相位调制模式，可编程控制SLM实现涡旋光束拓扑荷数的快速切换。
• 定制化相位图样生成：内置螺旋相位板算法，可根据目标拓扑荷数（支持整数与分数）生成对应的相位分布；同时支持导入由Gerchberg-Saxton等算法计算得到的复杂全息图。
• 系统校准与优化：包含SLM的相位-灰度映射校准模块，确保相位调制的线性与准确性。
• 实时监控与分析：实时采集调制后的光场，分析光束的强度与相位分布，验证拓扑荷数，并输出光束质量因子（M²）和模式纯度分析报告。
• 参数化配置：用户可通过配置文件灵活设置入射光参数（波长、束宽、偏振态）和SLM控制参数（驱动电压、刷新率等）。

使用方法

1. 参数配置：在主脚本或配置文件中设置初始光束参数（如波长632.8nm）、目标拓扑荷数以及SLM的工作模式（静态/动态）和驱动参数。
2. 相位掩模加载：系统将根据配置自动生成或加载预设的相位图样序列至SLM。
3. 执行调制：启动SLM，将高斯入射光调制为涡旋光束。在动态模式下，系统将按序列切换相位图样。
4. 结果采集与分析：利用配套的光学检测设备（如CCD）采集输出光场，系统将自动处理数据，生成强度/相位图、拓扑荷验证结果及实时参数日志。

系统要求

• 硬件环境：空间光调制器（如LCoS-SLM）、连续激光器（波长与SLM匹配）、光束扩束准直系统、CCD相机或波前传感器等检测设备。
• 软件环境：MATLAB R2020b或更高版本（需安装Image Processing Toolbox）。
• 驱动与接口：确保SLM厂商提供的驱动程序及MATLAB API已正确安装，以便通过程序控制SLM。

文件说明

主程序文件实现了系统的核心控制逻辑与流程。其主要功能包括：初始化硬件设备（如连接并校准SLM），根据用户输入的参数生成或加载相应的涡旋光束相位图样；控制SLM执行静态相位加载或动态图样切换序列；调用图像处理模块对采集到的光场数据进行实时分析，计算并输出拓扑荷数、光束质量因子等关键参数；同时记录系统运行过程中的各项日志数据，完成整个调制与验证过程的自动化管理。