光电子拓展实验开题报告.doc

华中科技大学光电子科学与工程学院实验教学中心2008

光电子拓展实验开题报告

激光合束的matlab仿真

姓名：樊帆

同组：邓力源

班级：光信0505

学号：012005007707

指导教师：王英

2008-12-20

光电子拓展实验报告

——激光合束的matlab仿真

一，实验研究背景

近年来,随着高功率半导体激光器抽运技术和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率逐步提高,目前采用单根光纤，已经实现了千瓦量级的激光输出。而且，同其他高功率激光系统相比,双包层光纤激光器在体积、效率、重量、亮度和照射面积等方面均有显著的优势,；光纤激光器的增益介质长，能很方便地延长增益介质以便泵浦光被充分吸收，这一特性使光纤激光器能在低泵浦功率下运转，并能保证极佳的光束质量和很高的转换效率。光纤激光器的这些优势使其在工业加工、医疗、军事、国防等领域极具吸引力。然而,由于受到掺杂光纤的非线性效应（如：受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)），光学损伤及热损伤等物理机理的限制,要想大幅度地提高单个激光器的功率是相当困难的。为了在提高总的激光功率的同时，保持光纤激光良好的光束质量，发展提出了高功率光纤激光的相干组束技术。目前,合成的方法主要分为相干合成和非相干合成。非相干合成指多束非相干光在近场或远场叠加,理想情况下合成的光束峰值功率是单束光峰值功率的n倍。相干合成是指多束相干光在远场或近场的叠加,在理想的情况下,合成的光束峰值功率是单个光束峰值功率的n2

倍。它的基本思路是将多束激光束经相干控制后合成一束光,从而由许多中等功率的激光器获得高功率的单束激光输出,同时保持良好的光束质量，其中相位控制是该技术中最关键、最核心的技术。目前,高功率光纤激光的相干合成技术已经为国际上研究的热点，出现了很多方案，如主振荡-功率放大(MOPA)、多芯光纤、外腔法等。

二，实验研究内容

在本实验中，我们研究比较简单而且理想化的情况。有三束经过准直后出来的激光束，我们假设激光输出孔为圆形孔，三束激光相位差为零，三束激光输出孔并排排列。三个出射孔半径为b(mm),各个孔之间的距离为a(mm),出射孔与接受屏之间距离为d（m）,假设三束激光出射都为单位振幅,波长c(um)。

我们在d值较大时（满足夫琅和费衍射条件），在a,b,d变动的情况下求合束效果最好的情况。判断情况好坏我们依据斯特列尔比。斯特列尔比是衡量光学系统光能量分布优劣的重要评价指标，其定义为实际激光相干合成远场光强的峰值功率与理想相干合成的远场光强峰值功率。本实验中我们用主瓣能量与总能量的比值衡量。

三，matlab编程思路说明

我们根据夫琅和费衍射求得屏上辐照度分布满足

其中a为出射孔圆心的距离,单位mm，b为出射孔的半径，单位mm，c为出射激光的波长，我们取1.06um。d为出射孔距接受屏的距离，单位为m。x，y为在屏上一点的坐标，单位为mm。我们在设定了单位之后会发现单位可以约掉，所以可以只取数值进行计算。

Matlab程序的第一部分就是基于以上式子计算，我们利用二维矩阵进行计算，计算屏上各个点的辐照度值。然后可以用二维或者三维图形画出辐照度分布。

Matlab程序的后一部分为对辐照度的L矩阵进行的操作。首先是要计算主瓣所占比例，通过分析和测验可以发现，L矩阵中中心点的值是最大的，而且也是主瓣的峰值所在的点，而主瓣的其他点呈递减规律从中心点往旁边撒开。即

。而本程序正是利用这个递减的规律计算，我们从中心点开始把每个点的值相加，我们向旁边的点推进，一直到这些点的值有递减转变为递增，这样我们就把主瓣的大小求出来了。然后把整个的求出来，相除即得出主瓣所占的比例。于此同时，此程序也计算了主瓣所占的面积和中心点（即峰值）的大小，这都是判断系统性能的重要参数。

四，程序结果分析

本程序运行中，我们改变参数a,b,d查看各种结果。详细分析如下：

1：首先我们假设d=50m,a,b在一定范围内变化，运行结果如下：

出射点之间距离出射激光半径为出射激光与接受屏的距离主瓣所占比例主瓣面积峰值为

3.2mm0.8mm50m0.41149895.51mm2129.5228

3.2mm