激光原理与技术课程设计matlab仿真.docx
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激光原理与技术课程设计matlab仿真
电子科技大学
UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA
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的稳定性与光焦度1/F的关系。
可取R1=∞,R2=∞,l1=250mm,l2=200mm。
，用matlab程序计算光线在腔内的轨迹，演示腔稳定和不稳定时光线在腔内往返次数增加时光线轨迹。
初始光线参数可以任意选择。
利用matlab编程如下：
clear,clc
L1=250;L2=200;
R1=inf;R2=inf;
symsd;
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（'谐振腔的稳定性'）;xlabel（'透镜光焦度D（/mm）'）;ylabel（'等效g1g2'）
运行结果：
题目二：
计算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。
利用matlab编程如下：
clear,clc
L1=250;L2=200;R1=inf;R2=inf;w1=0.5*10^-3;
symsd
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（'透镜上的光斑半径'）;xlabel（'透镜光焦度D（/mm）'）;ylabel（'光束半径'）
figure
（2）;
ezplot（W2,[0,0.012]）
title（'输出镜上的光斑半径'）;xlabel（'透镜光焦度D（/mm）'）;ylabel（'光束半径'）
figure（3）;
h1=ezplot（W1,[0,0.012]）;
holdon
h2=ezplot（W2,[0,0.012]）;
set（h2,'color','r'）
title（'透镜和输出镜上的光斑半径'）;xlabel（'透镜光焦度D（/mm）'）;ylabel（'光束半径'）
运行结果：
题目三：
取使谐振腔稳定的F值，计算腔内模式半径与z的关系。
利用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）,holdon
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）,holdon
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）,holdon
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）,holdon
A=1;B=L1;C=0;D=1;
q8=（A*q7+B）/（C*q7+D）;
title（'光斑半径与z的关系'）;xlabel（'透镜光焦度D（/mm）'）;ylabel（'光束半径'）
运行结果：
题目四
取不同的l1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。
由于此处matlab程序与前雷同，只显示结果。
（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,θ0）的光线在腔内往返传播的轨迹。
（1）取r=0.1;theta=0.1;F=100；
利用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）;
fori=1:
n
y=I（1,1）+I（2,1）*x1;
plot（x1,y）,holdon
I=[1,0;-1/F,1]*[1,L1;0,1]*I;
y=I（1,1）+I（2,1）*（x2-L1）;
plot（x2,y）,holdon
I=[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*I;
y=I（1,1）+I（2,1）*（L2-（x2-L1））;
plot（x2,y）,holdon
I=[1,0;-1/F,1]*[1,L2;0,1]*I;
y=I（1,1）+I（2,1）*（L1-x1）;
plot（x1,y）,holdon
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'）
运行结果:
光线追迹模拟m=10次
光线追迹模拟m=20次
光线追迹模拟m=50次
光线追迹模拟m=100次
光线追迹模拟m=500次
（2）取r=0.1;theta=0.1;F=300；
运行结果:
光线追迹模拟m=10次
光线追迹模拟m=20次
光线追迹模拟m=50次
光线追迹模拟m=100次
光线追迹模拟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：
symst
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,[0,0.000000002]）;
title（'Õñ·ù'）
xlabel（'t（Ãë）'）;ylabel（'A（t）'）;
figure
（2）
ezplot（B,[0,0.000000002]）;
title（'Ç¿¶È'）
xlabel（'t（Ãë）'）;ylabel（'A^2（t）'）
运行结果如下：
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