MATLAB模拟厄米高斯光束光斑尺寸与形状开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

激光的物理本质为受激辐射光放大，相比普通光源而言，具有高亮度、单色性、方向性和相干性。基于这些特点，激光在工业、医疗、军事和文化等方面有着很多应用，具体如激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光武器、激光矫视、激光美容等等。经过五十多年的发展，中国激光产业在政府、技术专家、企业和全体从业人员的努力下，取得了超乎寻常的发展，在部分激光产品市场中，中国激光产业已占有主导地位。未来我国激光产业平均行业复复合成长率仍将不断增加，而且国内市场缺乏满足行业需求的国产中高端激光装备产品，所以大力改进和创新激光技术是大势所趋。

激光装备的优劣很大程度上取决于其输出激光束的质量，表征的参数主要有光斑尺寸、能量密度的分布和束腰半径以及波阵面半径。对于激光光斑形状、大小及能量分布，国内外的专家学者都做了大量的基础研究。国内近几年对激光光斑能量分布研究比较新颖的方法是段锦的基于ccd成像法的激光远场能量密度测量系统，运用数字图像处理技术，建立相应的测量模型，在用光斑图像检测算法得出激光能量密度分布的实际情况；最后将高斯光束理论仿真结果和实际测量相对比，验证了成像法测量远场光斑能量分布的可靠性、精确性。详见长春理工大学段锦的《激光能量密度分布的测量方法》。国外对激光光斑的测量和研究主要采用探测器点阵法，该法直接利用一定数量的能量探测器按照特定点阵排列对光斑分布进行空间釆样，将光斑信号转换为与探测器点阵分布一致的二维数字信号，通过数据处理得到光斑的形状和能量密度分布，此方法比较直接，中间环节较少，所测能量值精度很高而且响应速度快。本设计将采用可靠性和精确性较高的ccd传感器测量输出高斯光束的光斑分布图，并用matlab模拟仿真理论单模多模高斯光束的光斑形状大小和能量分布，然后将两者相比较，分析其特征及应用。

在军事上用于测距、定位、制导、通讯及战术武器等时，激光光斑能量密度的分布情况就尤其重要。对激光光斑能量分布进行准确、客观的评价通过激光可以直接、准确地测试，而且对于研究激光的远程传输、材料加工以及惯性约束核聚变驱动器等应用也具有重要的意义。同样，在激光对工业材料的加工，光功率的空间输运以及激光测距等技术应用中，其作用的效果是由激光传输到目标位置上的功率密度决定的，而该目标位置上的功率密度是与激光输出功率和激光束的质量相关的。工业上的金属精加工、医疗上的激光缝合技术以及军事上的激光定位等都要依靠调节激光光斑尺寸和能量参数。因此，分析和掌握激光器输出光束的能量分布、光斑尺寸和形状是意义重大的。

2. 研究的基本内容与方案

1）研究基本内容：固体和气体激光器输出一般为高斯光束，实际应用中的激光为单模高斯光束或者多模高斯光束的组合。针对常见的两镜球面腔给出模式的解析函数，利用matlab做出激光器输出的单模或多模激光的光强分布函数，分析透镜聚焦后的光束分布特征，并与实验测量结果相对照。

2）目标：通过理论计算模拟和实验方法获取两镜腔激光模式，及经透镜聚焦后的激光光斑形状、大小及能量分布，分析其特征和应用。

3）技术方案和措施：

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解激光模式的解析函数、matlab变成、透镜对激光束的变换、高斯光束的应用等知识。确定方案，完成开题报告。

第4-8周：完成激光器输出光的解析函数画图，给出单模与多模高斯光束光斑形状、大小与能量分布。

第8-13周：完成单透镜变换后的单模与多模高斯光束光光斑形状、大小与能量分布。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]胡利云,饶志明,周南润等.受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性[j].江西师范大学学报(自然科学版),2003,27(3):200-204.doi:10.3969/j.issn.1000-5862.2003.03.004.

[2]黄永明,吕英华,杨性愉等.高阶模激光束通过会聚光学系统的聚焦特性[j].光学技术,2000,26(4):331-333,336.doi:10.3321/j.issn:1002-1582.2000.04.011.

[3]曹三松.稳定腔激光模式理论的再研究[j].激光技术,2010,34(1):135-137,140.doi:10.3969/j.issn.1001-3806.2010.01.038.