激光原理课程设计

1、激光原理与技术课程设计-谐振腔自再现模式特性分析XXX uestc1.课程设计任务与要求LDFiberOCOCDHRNd: YVO * c-axisDichroic mirrorDichroic mirrorFiberHRAOQCoupli ng le nsesLDCoupli ng” :lenses课程设计任务与要求(1) 编程计算图示谐振腔的稳定性与光焦度1/F的关系。可取R1= ¥ , R2= ¥ ,l1=250mm, l2=200mm。(2) 计算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。(3) 取使谐振腔稳定的F值，计算腔内模式半径与 z的关系。(4) 取

2、不同的11值和R1值，计算谐振腔的稳定性，输出镜 M2和透镜上的模式半 径与光焦度1/F的关系。2.实验原理分析 1 ）光焦度与谐振腔稳定性的关系光学谐振腔的稳定性可以用光线往返一周后的【 ABCD】矩阵来描述，根据谐振腔 稳定性条件可以判断，当<1时为稳定腔，当>1时为非稳腔，当=1时为临界腔。再用matlab方法作图就可以画出光焦度D与谐振腔稳定性的关系2）光焦度与透镜和输出镜作图原理设腔内五个部分的【A B C D】矩阵分别为Tr1 Tl1 TF Tl2 Tr2,透镜和输出镜上的传播 矩阵分别为T1=Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2*Tl2*TF 和 T2=Tl2

3、*TF*Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2; 利用 matlab编程得到传播矩阵T1 T2，根据公式，用matlab方法作图就可以画出光焦度D与透镜和输出镜上光斑半径的关系。3）z与光斑半径作图原理算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度D的关系，根据公式. 12只要求得光腰半径w0的大小，就可以求出任意处z的光斑半径大小，而光腰半径w0的大小可以用上述公式逆用求得，根据某一参考面【ABC D】矩阵，可以求出该处光斑半径，和等相位面的大小，以与相对光腰的位置乙根据公式作图就可以得到z和光斑半径的关系4）光线追迹原理设从R1上射出的光线位置参数为【r ; 9,则传播到透镜上的位置参数为【

4、rF; Of】 则二者存在关系式：【rF ;9f】二TF*TI1*【r；9】，在左腔镜中，X=0 : 11; Y r f+X 9f根据X, Y的关系就可以做出光线在左腔镜中的传播轨迹，经过透镜和被R2反射的光线也可以利用相同方法求出，重复上述过程，可以得到从某一范围发出的光线在 谐振腔内的轨迹图。3，仿真图像3.1谐振腔的稳定性与透镜光焦度关系:R1=i nf;R2=i nf;l1=200mm;l2=200mm;R1=1000mm;R2=i nf;l1=200mm;l2=200mm;4源程序R1= in f;R2=i nf;l1=100mm;l2=200mm;R1=700mm;R2=i nf;

5、l1=200mm;l2=200mm;3.2透镜光焦度与透镜，输出镜上光斑半径的关系（波长取lamda=1064e-6mm）3 M2ncoiC在ooas10(1D17口辽 onoi ooo& o.aoa not noi2 透続托憩皮D【nim79 0Ho.nth目 £ 山 3 no.0.0. 匚去乍蚤R1=i nf;R2=i nf;l1=200mm;l2=200mm;R1=1000;R2=i nf;l1=100mm;l2=200mm;O.IP D.004 O.CCG O.ODS C.O1 0012 3 014 OjOIE O.OlS O.Q2 适寢兀焦度B 6 4 2 D D

6、D D 2占IFJ 4J °oJ91700020 0040.0080.008 C 010.012遹谟丸麓度口仲r)R1=i nf;R2=i nf;l1=100mm;l2=200mm;R1=i nf;R2=i nf;l1=100mm;l2=200mm;3.3不同位置z与光斑半径的关系（波长取lamda=1064e-6mm）R)-ii4 R2=时II = JU1; j=JUF-JD;k1输出機 / j 输出谟D.35R1=inf;R2=inF; n=2DC;E20D； 作二归比：二.二.0JO0.2FiO-EE-S升祷嘏OJOOC?|:7J50-Orfi-I43O3nQOR1=i nf;

7、R2=i nf;l1=200;l2=200;F=190R1=i nf;R2=i nf;l1=100;l2=200;F=90愉出笹0.M05si=in'B=in( l1=3H2-ln； F=13OR1=i nf;R2=i nf;l1=200;l2=100;F=85R1=1000;R2=i nf;l1=300;l2=100;F=1303.4光线追迹R-=inf;R2=inf;11=200.12201 b=JUU!: CLH102 IE二 K< 3JJ L JI-R1=infR2=inf;11=200;R1=i nf;R2=i nf;l1=200;l2=200;F=200R1=i nf

8、;R2=i nf;l1=200;l2=200;F=9015oRi = rf；RZ=infII =30D; 12=200; 000o-OS-Of?1 二ITi.F?二 r*-Lt IS-026nICO 16D20D25030D菇 D4D0Ztirim)F-1E0D 3010015D2002S030D35040CZ(rrin：R1=in f;R2=i nf;l1=300;l2=200;F=300R1=100;R2=in f;l1=200;l2=200;F=1600LIEO2OU-2OR1=inf;R2=inf;l1=200;l2=200;F=1205 matlab 代码5.1 谐振腔的稳定性与透镜

9、光焦度关系clearclcR1=inf;R2=inf;l1=200;l2=200;i=0;for D=0:0.0002:0.012i=i+1;Tr1=1 0;-2/R1 1;Tr2=1 0;-2/R2 1;Tl1=1 l1; 0 1;%l1距离Tl2=1 l2; 0 1;%L2距离TF=1 0; -D 1; % 透镜T=Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2*Tl2*TF*Tl1;y(i)=(T(1,1)+T(2,2)F2/4;x(i)=D;endplot(x,y)xlabel('透镜光焦度 D(mmA-A1)') ylabel('(A+DF2/4')axis(0

10、 0.012 0 1.5)grid on5.2 透镜光焦度与透镜，输出镜上光斑半径的关系clearclcR1=inf;R2=inf;l1=300;l2=200;lamda=1064e-6;i=0;for D=0:0.00002:0.02i=i+1;Tr1=1 0;-2/R1 1;Tr2=1 0;-2/R2 1;Tl1=1 l1; 0 1;%l1距离Tl2=1 l2; 0 1;%L2距离TF=1 0; -D 1;%透镜T1=Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2*Tl2*TF;T2=Tl2*TF*Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2;A1=T1(1,1);B1=T1(1,2);C2

11、=T2(2,1);D2=T2(2,2);g1=(A1+D1)/2F2;g2=(A2+D2)/2F2;w1=sqrt(lamda*abs(B1)/pi/sqrt(1-(A1+D1)/2)A2);w2=sqrt(lamda*abs(B2)/pi/sqrt(1-(A2+D2)/2)A2);if g1>1y1(i)=nan;elsey1(i)=w1;endC1=T1(2,1);if g2>1D1=T1(2,2);y2(i)=nan;y2(i)=w2;A2=T2(1,1);elseB2=T2(1,2);endx(i)=D;endplot(x,y1,'r.',x,y2)5.3

12、不同位置 z 与光斑半径作图clearclcR1=inf;R2=inf;l1=300;l2=200;F=130; lamda=1064e-6;temp=l1+l2;temp2=l1-0.1;i=0;Tr1=1 0;-2/R1 1;Tr2=1 0;-2/R2 1;Tl1=1 l1; 0 1;%l1 距离Tl2=1 l2; 0 1;%L2 距离TF=1 0; -1/F 1; % 透镜 T1=Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2*Tl2*TF;T2=Tl2*TF*Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2;xlabel('透镜光焦度 D(mmA-A1)')ylabel(&#

13、39; 光束半径( mm ) ') axis(0 0.012 0 1)grid onA1=T1(1,1);B1=T1(1,2);C1=T1(2,1);D1=T1(2,2);A2=T2(1,1);B2=T2(1,2);C2=T2(2,1);D2=T2(2,2);Rz=2*B1/(D1-A1)% 参考面等相位面w0=sqrt(lamda*abs(B1)/pi/sqrt(1- (A1+D1)/2)A2)% 参考面光斑半径legend(' 透镜','输出镜 ')elsew01=w0/(sqrt(1+(pi*w0*w0/lamda/Rz)A2)%腰斑半径Z01二R

14、z心+(lamda*Rz/pi/wO/wOF2)% 腰斑位置w02=F*w01/sqrt(F-Z01)A2+(pi*w01*w01/lamda)A2)%透镜右方的光腰半径Z02=F+(Z01-F)*FA2/(Z01-F)A2+(pi*w01*w01/lamda)A2)% 透镜右方的光腰参数for z=0:0.1:tempi=i+1;if z<temp2g1=(A1+D1)/2)A2;wz=w01*sqrt(1+(lamda*z/pi/w01/w01)A2);if g1>1y1(i)=nan;5.4 光线追迹y1(i)=wz;endelsewz=w02*sqrt(1+(lamda*(

15、temp- z)/pi/w02/w02)A2);if g1>1y1(i)=nan;elsey1(i)=wz;endendx(i)=z;y1(i)=wz;endplot(x,y1)legend(' 输出镜 ')xlabel('Z(mm)')ylabel(' 光束半径( mm ) ')grid onclcclearF=90,l1=200; l2=200;R1=1000;R2=inf;% input parameters 66.7mm-114mm %stable analysisTl1=1,l1; 0, 1;Tf=1 0;-1/F,1;Tl2=1

16、 l2;0 1;Tr1=1 0;-2/R1 1;Tr2=1 0;-2/R2 1;T=Tr1*Tl1*Tf*Tl2*Tr2*Tl2*Tf*Tl1%m atrix of round tripS=(T(1,1)+T(2,2)/2 %(A+D)/2%one round trip;r0=0fortheta0=0.005*pi/180:0.005*pi/180 line0=r0;theta0;m=200;for n=1:1:mx0=0:1:l1;y0=line0(1,1)+x0*line0(2,1); plot(x0,y0,'b');hold online2=Tf*line1;x2=l1:1:l1+l2;y2=line2(1,1)+(x2-l1)*line2(2,1);plot(x2,y2,'c');line3=Tl2*line2;line4=Tr2*line3;x4=(l1+l2):-1:l1;y4=line4(1,1)-(x4-l1-l2)*line4(2,1)plot(x4,y4,'r')line5=Tl2*line4;line6=Tf*line5;x6=l1:-1:0;y6=line6(1,1)-(x6-l1)*lin