激光原理与关键技术专业课程设计matlab仿真.doc

电 子 科 技 大 学
UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA

激光原理与技术
课程设计

课 程 教 师：
作 者 姓 名：
学 号：

题目一：
编程计算图示谐振腔稳定性与光焦度1/F关系。可取R1=¥，R2=¥，l1=250mm，l2=200mm。，用matlab程序计算光线在腔内轨迹，演示腔稳定和不稳定期光线在腔内来回次数增长时光线轨迹。初始光线参数可以任意选取。

运用matlab编程如下：
clear,clc
L1=250;L2=200;
R1=inf;R2=inf;
syms d;
T=[1,L1;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1];
A=T(1,1);
B=T(1,2);
C=T(2,1);
D=T(2,2);
h=(A+D)/2;
ezplot(h,[0,0.012])
title('谐振腔稳定性');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('等效g1g2')
运营成果：

题目二：
计算输出镜M2和透镜上模式半径与光焦度1/F关系。
运用matlab编程如下：
clear,clc
L1=250;L2=200;R1=inf;R2=inf;w1=0.5*10^-3;
syms d
T1=[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-d,1];
A1=T1(1,1);B1=abs(T1(1,2));C1=T1(2,1);D1=T1(2,2);h1=(A1+D1)/2;
W1=((w1*B1/pi)^(1/2))/((1-h1^2)^(1/4));
T2=[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L2;0,1];
A2=T2(1,1);B2=abs(T2(1,2));C2=T2(2,1);D2=T2(2,2);h2=(A2+D2)/2;
W2=((w1*B2/pi)^(1/2))/((1-h2^2)^(1/4));
figure (1)
ezplot(W1,[0,0.012]);
title('透镜上光斑半径');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径')
figure (2);
ezplot(W2,[0,0.012])
title('输出镜上光斑半径');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径')
figure (3);
h1=ezplot(W1,[0,0.012]);
hold on
h2=ezplot(W2,[0,0.012]);
set(h2,'color','r')
title('透镜和输出镜上光斑半径');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径')

运营成果：

题目三：
取使谐振腔稳定F值，计算腔内模式半径与z关系。
运用matlab编程如下：
clear,clc
L1=250;L2=200;
R1=inf;R2=inf;F=125;
wl=0.5*10^-3;
T=[1,0;-2/R1,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-1/F,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-1/F,1]*[1,L1;0,1];
A=T(1,1);B=T(1,2);C=T(2,1);D=T(2,2);
qm=1/(2*C)*((D-A)+i*2*sqrt(1-(A+D)^2/4));

A=1;B=0;C=-2/R1;D=1;
q1=(A*qm+B)/(C*qm+D);
z0=real(q1);f=imag(q1);
w0=sqrt(f*wl/pi);
z=0:L1;
w=w0*sqrt(1+(z+z0).^2/f^2);
plot(z,w),hold on

A=1;B=L1;C=0;D=1;
q2=(A*q1+B)/(C*q1+D);

A=1;B=0;C=-1/F;D=1;
q3=(A*q2+B)/(C*q2+D);
z0=real(q3);f=imag(q3);
w0=sqrt(f*wl/pi);
z=0:L2;
w=w0*sqrt(1+(z+z0).^2/f^2);
plot(z+L1,w),hold on

A=1;B=L2;C=0;D=1;
q4=(A*q3+B)/(C*q3+D);

A=1;B=0;C=-2/R2;D=1;
q5=(A*q4+B)/(C*q4+D);
z=0:L2;
w=w0*sqrt(1+(z+z0).^2/f^2);
plot(z+L1,w),hold on

A=1;B=L2;C=0;D=1;
q6=(A*q5+B)/(C*q5+D);

A=1;B=0;C=-1/F;D=1;
q7=(A*q6+B)/(C*q6+D);
z0=real(q1);f=imag(q1);
w0=sqrt(f*wl/pi);
z=0:L1;
w=w0*sqrt(1+(z+z0).^2/f^2);
plot(z,w),hold on

A=1;B=L1;C=0;D=1;
q8=(A*q7+B)/(C*q7+D);
title('光斑半径与z关系');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径')

运营成果：

题目四
取不同l1值和R1值，计算谐振腔稳定性，输出镜M2和透镜上模式半径与光焦度1/F关系。
由于此处matlab程序与前雷同，只显示成果。
（1） 取L1=200,R1=1000;

（2） 取L1=200,R1=-1000;

题目五
进行光线追迹，计算从M1出发，光线参数为(r0，q0)光线在腔内来回传播轨迹。
（1） 取 r=0.1;theta=0.1;F=100；
运用matlab编程如下：
clear,clc
n=10;
L1=200;L2=200;
R1=inf;R2=inf;F=100;
r=0.1;theta=0.01;
I=[r;theta];
T=[1,L1;0,1]*[1,0;-1/F,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-1/F,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1];
A=T(1,1);B=T(1,2);C=T(2,1);D=T(2,2);h=(A+D)/2;d=1/F;
x1=linspace(0,L1,L1);
x2=linspace(L1,L1+L2,L2);
for i=1:n
y=I(1,1)+I(2,1)*x1;
plot(x1,y),hold on
I=[1,0;-1/F,1]*[1,L1;0,1]*I;

y=I(1,1)+I(2,1)*(x2-L1);
plot(x2,y),hold on
I=[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*I;

y=I(1,1)+I(2,1)*(L2-(x2-L1));
plot(x2,y),hold on
I=[1,0;-1/F,1]*[1,L2;0,1]*I;

y=I(1,1)+I(2,1)*(L1-x1);
plot(x1,y),hold on
I=[1,0;-2/R1,1]*[1,L1;0,1]*I;
end
title('光线追迹');xlabel('z（mm）');ylabel('光束位置')

运营成果:
光线追迹模仿m=10次

光线追迹模仿m=20次

光线追迹模仿m=50次

光线追迹模仿m=100次

光线追迹模仿m=500次

（2） 取 r=0.1;theta=0.1;F=300；

运营成果:

光线追迹模仿m=10次

光线追迹模仿m=20次

光线追迹模仿m=50次

光线追迹模仿m=100次

光线追迹模仿m=500次

作业补充题：用matlab画出A（t）和A^2（t）,取N=3，E0=1，L=100mm。
matlab编程如下：
syms t
N=3;E0=1;L=0.1;c=3*10^8;
w=pi*c/L;
A=E0*sin(1/2*(2*N+1)*w*t)/sin(1/2*w*t);
B=A^2;
figure (1)
ezplot(A,[0,0.]);
title('Õñ·ù')
xlabel('t(Ãë)');ylabel('A(t)');
figure (2)
ezplot(B,[0,0.]);
title('Ç¿¶È')
xlabel('t(Ãë)');ylabel('A^2(t)')
运营成果如下：