高斯光束的matlab仿真设计.docx

1、高斯光束的matlab仿真设计题目：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Mat la b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，Mat lab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mat lab后宜接用i ms

2、how命令读取即可,CCD采集的高斯光束光强分布图1 CCD釆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。页脚实验测量高斯曲线180160 - i i -140 - !； 120 - i i 100 - -80 -60 - ! -40 - -20 - -I Iyv/ 50 100 150 200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。理论高斯曲线页脚M文件如下：A=imread(rD： documents作业激光原理与应用高斯.bmp)；A1=A(： J22)；

3、xl=l：l：224；x2=-100：1:100；a2=exp(-x2. *2/10)；figureimshow(A)；axis offtitleCAfontsizei/CCD采集的高斯光束光强分布)；figureplot(x2,a2t 1 linewidth11,* color*, b)；axis(-40 40 0 1.2)title(* fontsize12:实验测童高斯曲线)figureplot(xl.Alt linewidth1.1.* color*, * r )title( fontsize12?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

4、mesh命令画出三维图如图4所示。18、100、143-0、RfO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=l：width；y=l:high-l；mesh(xr, y1, double (A(2：224,:11)；grid onxlabel(rx1),ylabelC y),zlabel(r z*)；title C三维强度分布):页脚 再用mat lab仿真理论上传播过程中高斯光束的变

5、化这次先给出M文件：%Gaussian_propagation. m%Simulation of diffraction of Gaussian Beamclear；%Gaussian Beamsampling numberN= input (dumber of samples (enter from 100 to 500)= )；L 二 10*10=3；Ld=input( 1 ngth of light in micrometers=,)；Ld=Ld*10-6；ko=(2*pi)/Ld；wo=input(rWaist of Gaussian Beam in mm=1)；wo=wo*L0*-3

6、；z_ray=(ko*wo 2)/2*10*3；sprintfC*Rayleigh ninge is %f jnm*,z_ray)z_ray=z_ray*10-3；z=input(* Propagation length (z) in mm)；z=z*l0-3；%dx：step sizedx=L/N；for n=I：N+1for m=l：N+l%Space axisx (m) = (m- l)*dx-L/2 ；y (n) = (n-l) *dx-L/2；%Gaussian Beam in space domainGau(n,m)=exp(-(x(m)*2+y(n)*2)/(wo2):%Freq

7、uency axisKx (m) = (2*p i * (m-1)/(N*dx) - (2*p i (N)/(N*dx) /2 ；Ky (n) = (2*p i (nl)/ (N*dx) - (2*p i * (N)/ (N*dx)/2；%Free space transfer functionH(ntm)=exp(j/(2*ko)*z*(Kx(m)2+Ky(n)*2)；endend%Gaussian Beam in Frequency domainFGau=fft2(Gau)；FGau=f ftshi ft(FGau)；%Propagated Gaussian beam in Frequen

8、cy domainFGau_pro=FGau. *H；%Peak amplitude of the initial Gaussian beamPeak_ini二max(max(abs(Gau)；sprintf ( Initial peak amplitude is %f mm1 ,Peak_ini)%Propagatecl Gaussian beam in space页脚domainGau_pro= i f f 12(FGau_pro)；Gau_pro=Gau_pro ；%Peak ampli tude of the propagated Gaussian beamPeak_pro=max(m

9、ax(abs(Gau_pro)；spiintf (* Propagated peak ampl itud : s %f mm1 ,Peak_pro)%Calculated Beam WidthN M=min(abs(x):Gau_pro 1 =Gau_pio (:M)；N1 Ml=min(abs(abs(Gau_pro1)-abs(exp(-1)*Peak_pro)；Bw=dx*abs(Ml-M)*10-3；sprintf(Beam width(numerical) is %fmm1,Bw)%Theoretical Beam WidthW= (2*z_ray)/ko*(1 + (z/z_ray

10、) 2):W=(W0. 5)*103；sprintf(eam width(theorciical) is %fmm* tW)%axis in mm scalex=x*103；y=y*103；figure(l);mesh (x.y,abs (Gau)title(*Initial Gaussian Beam *)xlabel (xnun)ylabel ( y iiuii)axis(min(x) max(x) min(y) max(y) 0 1)axis squarefigure(2)；mesh (x.y.abs(Gau_pro)titleC propagated Gaussian Beam)xla

11、bel (x inni)ylabel (ry 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)=500wavelength of light in micrometers=0. 568Waist of Gaussian Beam in mm=lans =Rayleigh range is 5530. 972982 mmPropagation length (z) in mm10000

12、0页脚ans =Initial peak amplitude is 1.000000 mmans =Propagated peak amplitude is 0. 210252 mm ans =Beam?width(numerical) is 1. 940000mmBeam?width(theoretical) is 18. 107635mm束腰半径处的理想高斯光强分布页脚页脚propagated Gaussian BeamV 七 x|mm传播hn处的理想高斯光强分布propagated Gaussian BeamV(mml 勺勺 xmm传播10m处的理想高斯光强分布页脚页脚propagated Gaussian Beamy【讪 石巧 xmm传播50m处的理想高斯光强分布propagated Gaussian Beam0.8、0.6、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页脚Im处25101. 8m 处页脚5m处10m以后，已经基本是均匀强度的光斑页脚