高斯光束的matlab仿真.docx

题目 根据高斯光束数学模型 模拟仿真高斯光束在谐振腔中某一位置处的归一化强度分布并给出其二维 三维强度分布仿真图 用Matlab读取实际激光光斑照片中所记录的强度数据 读取照片中光斑的一个直径所记录的强度数据即可 Matlab读取照片数据命令为imread 用该数据画出图片中激光光斑的强度二维分布图 与之前数学模型仿真图对比 如同时考虑高斯光束光斑有效截面半径和等相位面特点 仿真高斯光束光强 光斑有效截面半径以及等相位面同时随传播距离z的变化并给出整体仿真图可酌情加分 原始光斑如图1所示 用imread命令读入matlab后直接用imshow命令读取即可 图1 CCD采集的高斯光束强度分布 读入的数据是一个224 X 244的矩阵 矩阵中的数值代表光强分布 用读入的数据取中间一行 122行 画出强度分布如图2所示 图2 实验测量高斯曲线 用理论上的高斯曲线公式画出理论高斯曲线如图3所示 图3 理论高斯曲线 M文件如下 A imread D documents 作业 激光原理与应用 高斯 bmp A1 A 122 x1 1 1 224 x2 100 1 100 a2 exp x2 2 10 figure imshow A axis off title fontsize 12 CCD采集的高斯光束光强分布 figure plot x2 a2 linewidth 1 color b axis 40 40 0 1 2 title fontsize 12 实验测量高斯曲线 figure plot x1 A1 linewidth 1 color r title fontsize 12 理论高斯曲线 axis 50 200 0 180 画三维强度分布 取图片矩阵的中间层 用mesh命令画出三维图如图4所示 图4 三维强度分布 由于读入的图片有一行白边 需要手动去除掉 否则三维图会有一边整体竖起来 影响观察 最终的M文件如下 A imread D documents 作业 激光原理与应用 高斯 bmp high width color size A x 1 width y 1 high 1 mesh x y double A 2 224 1 grid on xlabel x ylabel y zlabel z title 三维强度分布 再用matlab仿真理论上传播过程中高斯光束的变化 这次先给出M文件 Gaussian propagation m Simulation of diffraction of Gaussian Beam clear Gaussian Beam N sampling number N input Number of samples enter from 100 to 500 L 10 10 3 Ld input wavelength of light in micrometers Ld Ld 10 6 ko 2 pi Ld wo input Waist of Gaussian Beam in mm wo wo 10 3 z ray ko wo 2 2 10 3 sprintf Rayleigh range is f mm z ray z ray z ray 10 3 z input Propagation length z in mm z z 10 3 dx step size dx L N for n 1 N 1 for m 1 N 1 Space axis x m m 1 dx L 2 y n n 1 dx L 2 Gaussian Beam in space domain Gau n m exp x m 2 y n 2 wo 2 Frequency axis Kx m 2 pi m 1 N dx 2 pi N N dx 2 Ky n 2 pi n 1 N dx 2 pi N N dx 2 Free space transfer function H n m exp j 2 ko z Kx m 2 Ky n 2 end end Gaussian Beam in Frequency domain FGau fft2 Gau FGau fftshift FGau Propagated Gaussian beam in Frequency domain FGau pro FGau H Peak amplitude of the initial Gaussian beam Peak ini max max abs Gau sprintf Initial peak amplitude is f mm Peak ini Propagated Gaussian beam in space domain Gau pro ifft2 FGau pro Gau pro Gau pro Peak amplitude of the propagated Gaussian beam Peak pro max max abs Gau pro sprintf Propagated peak amplitude is f mm Peak pro Calculated Beam Width N M min abs x Gau pro1 Gau pro M N1 M1 min abs abs Gau pro1 abs exp 1 Peak pro Bw dx abs M1 M 10 3 sprintf Beam width numerical is f mm Bw Theoretical Beam Width W 2 z ray ko 1 z z ray 2 W W 0 5 10 3 sprintf Beam width theoretical is f mm W axis in mm scale x x 10 3 y y 10 3 figure 1 mesh x y abs Gau title Initial Gaussian Beam xlabel x mm ylabel y mm axis min x max x min y max y 0 1 axis square figure 2 mesh x y abs Gau pro title propagated Gaussian Beam xlabel x mm ylabel y mm axis min x max x min y max y 0 1 axis square 程序主要根据高斯光束的传播规律计算传播过程中任意z处的高斯光强分布 运行结果 Number of samples enter from 100 to 500 500 wavelength of light in micrometers 0 568 Waist of Gaussian Beam in mm 1 ans Rayleigh range is 5530 972982 mm Propagation length z in mm 100000 ans Initial peak amplitude is 1 000000 mm ans Propagated peak amplitude is 0 210252 mm ans Beam width numerical is 1 940000 mm ans Beam width theoretical is 18 107635 mm 束腰半径处的理想高斯光强