高斯光束的matlab仿真Word文档格式.docx

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\documents\作业\激光原理与应用\高斯.bmp'

）;

A1=A（:

122）;

x1=1:

1:

224;

x2=-100:

100;

a2=exp（-x2.^2/10）;

figure

imshow（A）;

axisoff

title（'

\fontsize{12}CCD采集的高斯光束光强分布'

plot（x2,a2,'

linewidth'

1,'

color'

'

b'

axis（[-404001.2]）

\fontsize{12}实验测量高斯曲线'

plot（x1,A1,'

r'

\fontsize{12}理论高斯曲线'

axis（[502000180]）

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。

[high,width,color]=size（A）;

x=1:

width;

y=1:

high-1;

mesh（x'

y'

double（A（2:

224,:

1）））;

gridon

xlabel（'

x'

）,ylabel（'

y'

）,zlabel（'

z'

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

%SimulationofdiffractionofGaussianBeam

clear;

%GaussianBeam

%N:

samplingnumber

N=input（'

Numberofsamples（enterfrom100to500）='

L=10*10^-3;

Ld=input（'

wavelengthoflightin[micrometers]='

Ld=Ld*10^-6;

ko=（2*pi）/Ld;

wo=input（'

WaistofGaussianBeamin[mm]='

wo=wo*10^-3;

z_ray=（ko*wo^2）/2*10^3;

sprintf（'

Rayleighrangeis%f[mm]'

z_ray）

z_ray=z_ray*10^-3;

z=input（'

Propagationlength（z）in[mm]'

z=z*10^-3;

%dx:

stepsize

dx=L/N;

forn=1:

N+1

form=1:

%Spaceaxis

x（m）=（m-1）*dx-L/2;

y（n）=（n-1）*dx-L/2;

%GaussianBeaminspacedomain

Gau（n,m）=exp（-（x（m）^2+y（n）^2）/（wo^2））;

%Frequencyaxis

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;

%Freespacetransferfunction

H（n,m）=exp（j/（2*ko）*z*（Kx（m）^2+Ky（n）^2））;

end

end

%GaussianBeaminFrequencydomain

FGau=fft2（Gau）;

FGau=fftshift（FGau）;

%PropagatedGaussianbeaminFrequencydomain

FGau_pro=FGau.*H;

%PeakamplitudeoftheinitialGaussianbeam

Peak_ini=max（max（abs（Gau）））;

Initialpeakamplitudeis%f[mm]'

Peak_ini）%PropagatedGaussianbeaminspacedomain

Gau_pro=ifft2（FGau_pro）;

Gau_pro=Gau_pro;

%PeakamplitudeofthepropagatedGaussianbeam

Peak_pro=max（max（abs（Gau_pro）））;

Propagatedpeakamplitudeis%f[mm]'

Peak_pro）%CalculatedBeamWidth

[NM]=min（abs（x））;

Gau_pro1=Gau_pro（:

M）;

[N1M1]=min（abs（abs（Gau_pro1）-abs（exp（-1）*Peak_pro）））;

Bw=dx*abs（M1-M）*10^3;

Beamwidth（numerical）is%f[mm]'

Bw）%TheoreticalBeamWidth

W=（2*z_ray）/ko*（1+（z/z_ray）^2）;

W=（W^0.5）*10^3;

Beamwidth（theoretical）is%f[mm]'

W）%axisinmmscale

x=x*10^3;

y=y*10^3;

figure

（1）;

mesh（x,y,abs（Gau））

InitialGaussianBeam'

x[mm]'

ylabel（'

y[mm]'

axis（[min（x）max（x）min（y）max（y）01]）

axissquare

figure

（2）;

mesh（x,y,abs（Gau_pro））

propagatedGaussianBeam'

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：

Numberofsamples（enterfrom100to500）=500

wavelengthoflightin[micrometers]=0.568

WaistofGaussianBeamin[mm]=1

ans=

Rayleighrangeis5530.972982[mm]

Propagationlength（z）in[mm]100000

Initialpeakamplitudeis1.000000[mm]

Propagatedpeakamplitudeis0.210252[mm]

Beam?

width（numerical）is1.940000[mm]

width（theoretical）is18.107635[mm]

>

束腰半径处的理想高斯光强分布

传播1m处的理想高斯光强分布

传播10m处的理想高斯光强分布

传播20m处的理想高斯光强分布

传播30m处的理想高斯光强分布

传播50m处的理想高斯光强分布

传播100m处的理想高斯光强分布

而用实验测得的光斑仿真的结果是：

原始光斑的光强分布

0.1m处

1m处

1.8m处

5m处

10m以后，已经基本是均匀强度的光斑