高斯光束的matlab仿真Word格式.docx
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高斯光束的matlab仿真Word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
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