基于FFT以及次谐波的两种相位屏仿真方法源程序

资 源 简 介

基于FFT以及次谐波的两种相位屏仿真方法源程序

详 情 说 明

相位屏仿真是大气光学和自适应光学领域的重要技术手段，主要用于模拟激光在大气湍流中传播时的波前畸变。本文将解析基于FFT（快速傅里叶变换）和次谐波补偿的两种典型相位屏生成方法的核心原理。

FFT方法主要利用功率谱反演技术，其实现过程可分为三个关键步骤：首先根据湍流谱模型（如Kolmogorov谱或von Karman谱）生成符合统计特性的频域随机矩阵；然后通过二维FFT变换将频域数据转为空间域；最后进行幅度调整以满足指定的湍流强度参数。这种方法计算效率高，但存在低频成分不足的固有缺陷。

次谐波补偿方法正是为弥补FFT方法的低频缺失而设计。它在FFT生成的高频相位屏基础上，额外叠加多个低频成分。这些次谐波分量通过在大尺度上采样获得，采用空间频率分层次叠加的策略。具体实现时需要特别注意各阶次谐波的权重分配，通常采用1/f^β的衰减规律来确保不同尺度湍流的能量正确分布。

在实际应用中，两种方法常结合使用：先用次谐波法生成大尺度结构，再叠加FFT法生成的中小尺度结构。这种混合方法既能保证低频精度，又维持了较高的计算效率。相位屏的二维显示可直观观察湍流涡旋结构，而三维显示则能清晰呈现波前畸变的纵向起伏特征。