激光原理课程设计

激光原理与技术课程设计

--谐振腔自再现模式特性分析

XXX uestc

LD

课程设计任务与要求

）编程计算图示谐振腔的稳

的关系。可

取R1=∞, R2=∞, l1=250mm, l2=200mm。

（2）计算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。

（3）取使谐振腔稳定的F值，计算腔内模式半径与z的关系。（4）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。

(r0, 0)

2.实验原理分析

1）光焦度与谐振腔稳定性的关系

光学谐振腔的稳定性可以用光线往返一周后的【A B C D】矩阵来描述，根据谐振腔稳定性条件可以判断，当2A+D

（）<1

4

时为稳定腔，当2A+D

（）>1时为非

4

稳腔，当2A+D

（）=1时为临界腔。

4

再用matlab方法作图就可以画出光焦度D与谐振腔稳定

性的关系

2）光焦度与透镜和输出镜作图原理

设腔内五个部分的【A B C D】矩阵分别为 Tr1 Tl1 TF Tl2

Tr2,透镜和输出镜上的传播矩阵分别为

T1=Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2 *Tl2*TF和

T2=Tl2*TF*Tl1*Tr1*Tl1*TF *Tl2*Tr2;利用matlab编程

得到

传播矩阵T1 T2，根据公

式，

用matlab方法作图就可以画出光焦度D与透

镜和输出镜上光斑半径的关系。3）z

=

w()z w

算输出镜M2和透镜上的模式半

的关系，根据公

式 只要求得光腰半径w0的大小，就可以求出任意处z 的光斑半径大小，而光腰半径w0的大小可以用上述公式逆用求得，根据某一参考面【A B C D 】矩阵，可以求出该处光斑半径，和等相位面的大小，以及相对光腰的位

w()z w =

置z,根据公式

作图就可以得到z和光斑半径的关系。

4）光线追迹原理

设从R1上射出的光线位置参数为【r ；θ】,则传播到透镜上的位置参数为【r F；θF】则二者存在关系式：【r F；θF】

=TF*Tl1*【r ；θ】，在左腔镜中，X=0：l1;Y= r F+XθF 根据X，Y的关系就可以做出光

线在左腔镜中的传播轨迹，经过透镜和被R2反射的光线也可以利用相同方法求出，重复上述过程，可以得到从某一范围发出的光线在谐振腔内的轨迹图。

3，仿真图像

3.1谐振腔的稳定性与透镜光焦度关系：

R1=inf;R2=inf;l1=200mm;l2=200mm; R1=1000mm;R2=inf;l1=200mm;l2=200mm; 4源程序

R1= inf;R2=inf;l1=100mm;l2=200mm;R1=700mm;R2=inf;l1=200mm;l2=200mm;

3.2透镜光焦度与透镜，输出镜上光斑半径的关系(波长取lamda=1064e-6mm)

R1=inf;R2=inf;l1=200mm;l2=200mm; R1=1000;R2=inf;l1=100mm;l2=200mm;

R1=inf;R2=inf;l1=100mm;l2=200mm; R1=inf;R2=inf;l1=100mm;l2=200mm; 3.3不同位置z与光斑半径的关系(波长取lamda=1064e-6mm)

R1=inf;R2=inf;l1=200;l2=200;F=190 R1=inf;R2=inf;l1=100;l2=200;F=90

R1=inf;R2=inf;l1=200;l2=100;F=85 R1=1000;R2=inf;l1=300;l2=100;F=130 3.4 光线追迹

R1=inf;R2=inf;l1=200;l2=2 00;F=200 R1=inf;R2=inf;l1=200;l2=2 00;F=90

R1=inf;R2=inf;l1=300;l2=2 00;F=300 R1=100;R2=inf;l1=200;l2= 200;F=160

R1=inf;R2=inf;l1=200;l2=2 00;F=120

5 matlab代码

5.1谐振腔的稳定性与透镜光焦度关系

clear

clc

R1=inf;R2=i nf;l1=200;l2 =200;

i=0;

for

D=0:0.0002 :0.012

i=i+1;

Tr1=[1 0;-2/R1 1]; Tr2=[1 0;-2/R2 1]; Tl1=[1 l1; 0

1]; %l 1距离

Tl2=[1 l2; 0

1]; %L 2距离

TF=[1 0; -D 1]; %透镜

T=Tr1*Tl1* TF*Tl2*Tr2* Tl2*TF*Tl1;

y(i)=(T(1,1)+T(2,2)).^2 /4;

x(i)=D; end

plot(x,y) xlabel('透镜光焦度

D(mm^-^1)')

ylabel('(A+ D)^2/4') axis([0

0.012 0 1.5]) grid on

5.2透镜光焦度与透镜，输出镜上光斑半径的关系

clear

clc

R1=inf;R2=i nf;l1=300;l2 =200; lamda=106 4e-6;

i=0;