基于MATLAB语言的HeNe激光器基模高斯光束分布的实验数据处理.docx

第29卷第6期德州学院学报Vol·29，No·62013年12月JournalofDezhouUniversityDec·，2013——===——==—=======—====================—=一基于MATLAB语言的He—Ne激光器基模高斯光束分布的实验数据处理吴云峰，张萍，邓风卫，温嫦，张晶(大连民族学院物理与材料工程学院，辽宁大连116600)摘要：通过实验数据的采集、记录，利用MATLAB软件模拟出了He--Ne激光器基模高斯光束的二维光强分布，对基模高斯光束有一个更为直观的认识．通过研究比较在不同缝宽下基模高斯光束的相对光强分布，得到缝宽越宽，光强越强．根据实验数据的测量，还利用MATLAB计算出基模高斯光束的远场发散角．关键词：激光；高斯光束；基模；光强分布中图分类号：0484文献标识码：A文章编号：1004—9444(2013)06—0039—07验证分析，实现了矩孔夫琅和费衍射的仿真．对实验0引言数据利用MATLAB软件进行了处理，结果表明它是优于传统的手工计算与作图的数据处理方法．高斯光束是激光原理中最基本的概念之一[1]，本文利用MATLAB语言编写程序研究了平凹基模高斯光束更是基础中的基础．目前对于激光输腔He—Ne激光器基模高斯光束的光强分布．绘制出存在多种振荡模式问题，已有多种相应模式控制出基模高斯光束的光强分布图，加深了对基模高斯方法[2]．其中高阶模式使光束质量恶化，而光束的光强分布特点的认识．TEM00[31模式(基模)因其具有光斑均匀以及发散角小(方向性好)、光束指向性可极高、噪声低等优1He—Ne激光器的高斯光束光强分点，使得TEM00模式控制在应用中尤为重要．本文布实验利用平凹腔He—Ne激光器[4’5]，通过数据的采集、记录，并利用MATLAB软件[6]模拟出了基模高斯1．1买验原理光束的二维光强分布，可以使人们对基模高斯光束1)高斯光束及其特征参数．共焦球面腔的基模有一个直观的认识，对理解和掌握高斯光束的概念高斯光束，沿腔轴Z传播，其电场矢量由基尔霍夫积有很大的帮助作用．分公式求得，可表示据[7]，用计算机处理代替手工处理，这样可以准确民c圳㈣一者唧[_搿]采用MATLAB编程处理钠原子光谱实验数快速的对实验数据进行处理，即可得出量子缺和固exp卜l∥+赫J州吣)}㈩定项，并绘制出能级图，直观地看出实验的可信度，给实验的数据处理带来很大的方便，减小了数据处坐标原点(0，0，0)在腔中心，oJ(z)，R(2)，p(z)理工作量，提高了工作效率．MATLAB还可以实现分别是高斯光束z处的光斑半径，波阵面曲率半径对一些物理现象的模拟和仿真．吴学科[83等人应用和相位因子．而AoeXp[_等]代表点(刎，MATI。AB实现了双点光源干涉现象的模拟．采用z)处电场强度的振幅．因此该点基模高斯光束的光MATLAB对光学理论和现象作辅助分析[9_11I，提强可表示为供了光学演示平台，它对矩孔夫琅和费衍射进行了收稿日期：2012—12—06基金项目-大连民族学院自主科研基金(DCll0314)；大连民族学院精品实验项目(201101)作者简介：吴云峰(1979一)，男，山东聊城人，工程师，主要从事微电子学与固体电子学的研究．万方数据40德州学院学报第29卷Hoexp[一等势]㈤2)激光束的远场发散角theta[12]．激光束方向式中J。是光斑中心(O，0，2)处光强．J是光束很好，光束截面最细处称为束腰．将柱坐标(z，，一，舻)在z处横截面内离光斑中心距离r一(zz+y2)i1处的原点选在束腰截面的中点，z是光束传播方向．定的光强，显然光强分布是高斯分布．义双曲线渐近线的夹角2口为激光束的发散角．则有的圆半径，它可表示为2脲)_2訾一商㈩高斯光束的光斑半径∞(z)定义为在光束横截2土面内，光强下降到光斑中心光强J。的了1时所对应吣一。√·+喙)2㈥在z华的远场情况下，光束的发散角称式中A是光波波长．由(2)式得，光斑半径为远场发散角．此时有叫(2)在腔内和自由空间变化规律可用如下曲线方2口2婪2口(2)2m2去(8)7‘UJn程表示一般，常用远场发散角来衡量光束发散程度．粤一番叫cIJ：f，砌o、2㈤3)光束半径和发散角的测量．氦氖激光器结构1”7IT／简单、操作方便、体积不大、输出的波长为632．8nm∞(z)随I2I增大而增大，在共焦腔中心2=0的红光．束腰半径为处，光斑最小．高斯光束束腰半径∞。为瓜一(导)专(FR一，)÷㈩‰一√磊(5)由这个cc，。值也可从口一旦算出激光束的发散LL是共焦腔腔长．叫。称为高斯光束的特征参角2口，这种激光器输出光束的束腰位于谐振腔输出数．由谐振腔的结构来决定．只要谐振腔给定后，∞。平面镜位置，测量距束腰距离z约3～5m处的光束的值就确定．高斯光