基于Matlab模擬的激光倍頻技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

張?zhí)烀瘢瑓窃品澹瑥?萍

（1.大連市輕工業(yè)學(xué)校培訓(xùn)中心，遼寧大連 116023；2.大連民族學(xué)院物理與材料工程學(xué)院，遼寧大連 116600）

基于Matlab模擬的激光倍頻技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

張?zhí)烀?，吳云峰2，張 萍2

（1.大連市輕工業(yè)學(xué)校培訓(xùn)中心，遼寧大連 116023；2.大連民族學(xué)院物理與材料工程學(xué)院，遼寧大連 116600）

采用自行設(shè)計(jì)組裝的激光倍頻實(shí)驗(yàn)裝置，把波長(zhǎng)為1 064nm的激光倍頻后得到532nm的綠光，并且采集倍頻后的光強(qiáng)分布，研究了在不同縫寬的條件下綠光的光強(qiáng)分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，狹縫的縫寬顯著影響光強(qiáng)分布，縫寬越寬，光強(qiáng)越強(qiáng)。利用Matlab軟件模擬了二維和三維光強(qiáng)分布圖，對(duì)激光倍頻有了一個(gè)更為直觀的認(rèn)識(shí)，模擬結(jié)果與理論研究相符。

激光；倍頻技術(shù)；光強(qiáng)分布；Matlab

光的倍頻是一種最常用的擴(kuò)展波段的非線性光學(xué)方法［1］。激光倍頻的基本原理是頻率為ω的光穿過倍頻晶體，因晶體中的非線性作用，使頻率變?yōu)?ω，從而獲得波長(zhǎng)減少一半的光［2］。本文將波長(zhǎng)1 064nm的近紅外激光經(jīng)過KTP晶體［3］進(jìn)行腔內(nèi)倍頻后得到532nm的綠激光。采用光功率指示儀接收綠激光并采集數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件［4］模擬出激光光強(qiáng)分布及衰減過程。

吳學(xué)科等［5］應(yīng)用Matlab實(shí)現(xiàn)了雙點(diǎn)光源干涉現(xiàn)象的模擬。文獻(xiàn)［6—8］采用Matlab對(duì)光學(xué)理論和現(xiàn)象作輔助分析，提供了光學(xué)演示平臺(tái)。文獻(xiàn)［9］采用Matlab編程處理532nm綠色激光光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)處理代替了傳統(tǒng)的手工處理，快速準(zhǔn)確，工作效率大幅提高，可繪制出二維和三維圖形，直觀可信。

本文利用Matlab語言編寫程序研究半導(dǎo)體［10］激光倍頻后的光強(qiáng)分布及衰減情況，繪制出倍頻后的綠光光強(qiáng)分布圖，加深對(duì)激光倍頻技術(shù)光強(qiáng)［11－12］分布特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。

1 激光倍頻實(shí)驗(yàn)及光功率測(cè)量

如圖1所示，將準(zhǔn)直小孔屏置于導(dǎo)軌上靠近He－Ne激光光源（用作準(zhǔn)直激光器），將Nd：YVO4晶體和KTP晶體及輸出鏡依次放在導(dǎo)軌上，使半導(dǎo)體激光器輸出的紅外光與Nd：YVO4和KTP晶體的正反射光均通過準(zhǔn)直小孔中心，然后依次調(diào)節(jié)Nd：YVO4晶體和KTP晶體及輸出鏡，使正反紅光也正通過各自的準(zhǔn)直小孔中心，從而出現(xiàn)532nm的綠色激光。

圖1 調(diào)光準(zhǔn)直模型圖

如圖2所示，調(diào)出綠色激光后，為測(cè)量綠色激光的光功率，從圖1中撤掉He－Ne激光器和準(zhǔn)直小孔，安裝一個(gè)光電狹縫接收器并與光功率指示儀連接，測(cè)量綠光的功率。光電狹縫接收器與綠色激光在一條直線上，將綠色激光照射在光電接收器的狹縫上。

圖2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的構(gòu)建圖

將半導(dǎo)體激光器電源調(diào)到400mA的電流，調(diào)出綠色光，如圖3所示，使綠色激光照射在狹縫上，將狹縫縫寬調(diào)為0.4mm和0.2mm，打開光功率指示儀，把光功率指示儀連接到狹縫的接收器上，選擇量程為20μW；將狹縫接收器固定在之前搭建好的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，調(diào)節(jié)狹縫接收器底座旋鈕，使圓形光斑照射在狹縫的一側(cè)；調(diào)節(jié)接收器上的螺旋測(cè)微器，讓狹縫從光斑一端移動(dòng)到光斑另一端，每0.1mm測(cè)量一次，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。倍頻后綠光的光功率變化表見表1和表2。

圖3 綠色光斑

表1 縫寬為0.4mm、532nm綠色激光光功率變化數(shù)據(jù)

表2 縫寬為0.2mm、532nm倍頻激光光功率變化數(shù)據(jù)

2 應(yīng)用Matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

2.1 構(gòu)建模型

符號(hào)設(shè)定：

x0：螺旋測(cè)微器度數(shù)，即位移（mm）；

y0：光功率；

m：光束與x軸節(jié)線數(shù)；

n：光束與y軸節(jié)線數(shù)。

然后利用表1和表2中的數(shù)據(jù)作出綠色激光的光功率分布圖，并對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

綠色激光的光功率分布的程序如下：

（1）縫寬為0.4mm時(shí)的程序：

（2）縫寬為0.2mm時(shí)的程序：

數(shù)據(jù)處理得到的綠色的光功率分布見圖4。

圖4 綠色激光光功率分布圖

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得：綠色激光在不同縫寬的情況下，光強(qiáng)（用光功率表征）分布不同，縫寬越寬則光強(qiáng)越強(qiáng)，衰減程度越明顯；光強(qiáng)分布呈凸字形，圓形光斑中間處光強(qiáng)最強(qiáng)。

2.2 綠色激光光強(qiáng)分布三維圖

程序如下：

繪得的激光光強(qiáng)分布三維圖見圖5。

圖5 絕色激光光束三維光強(qiáng)分布圖

3 結(jié)論

通過激光倍頻技術(shù)將1 064nm半導(dǎo)體激光器的紅外激光，倍頻后得到綠色激光。對(duì)綠色激光進(jìn)行光強(qiáng)分布測(cè)量，然后利用Matlab軟件模擬出綠色激光的二維和三維光強(qiáng)分布圖，直觀展示了激光倍頻后的光強(qiáng)分布。0.4mm和0.2mm縫寬下綠色激光的光強(qiáng)分布表明，縫寬越寬，光強(qiáng)越強(qiáng)。用Matlab軟件成功模擬出了二維和三維光強(qiáng)分布圖模擬，結(jié)果與理論結(jié)果相一致。

（References）

［1］袁多榮，劉明果，張囡，等.半導(dǎo)體激光倍頻有機(jī)材料的探索和MHBA晶體的研究［J］.自然科學(xué)進(jìn)展，1995（3）：15－16.

［2］袁多榮，蔣民華.實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光倍頻（404～408.5nm）輸出的有機(jī)新晶體MHBA［J］.光電子·激光，1999（5）：15－16.

［3］劉均海，邵鳳蘭，許心光，等，優(yōu)質(zhì)KTP晶體腔內(nèi)有效倍頻效率及損耗的研究［J］.光電子·激光，2000（6）：18－19.

［4］劉衛(wèi)國.MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006.

［5］吳學(xué)科，吳次南，宋洪慶.基于MATLAB的雙點(diǎn)光源干涉現(xiàn)象的模擬［J］.貴州大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（24）：46－49.

［6］王習(xí)東，劉高潮.基于Matlab的矩孔夫瑯和費(fèi)衍射的仿真［J］.中國科技信息，2009（5）：34－35.

［7］阮詩森，歐陽艷蓉.共焦球面腔的衍射模擬［J］.咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（6）：8－9.

［8］周娜，王石語，過振，等.測(cè)量激光束橫模結(jié)構(gòu)的方法研究［J］.中國激光，2011（1）：10－11.

［9］藍(lán)發(fā)超，唐宇.基于Matlab的鈉原子光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理［J］.廣西物理，2007，28（3）：39－41.

［10］單肖楠，劉云，曹軍勝.808nm千瓦級(jí)高效大功率半導(dǎo)體激光光源［J］.光學(xué)精密工程，2011（2）：452－456.

［11］賀迎春，李鳳英，周行.激光束光強(qiáng)分布測(cè)量中針孔光闌的影響［J］.應(yīng)用激光，1994（3）：11－12.

［12］張星輝.用振幅矢量法計(jì)算光柵衍射的光強(qiáng)分布［J］.工科物理，1998（6）：22－23.

Investigation of intensity distribution by laser frequency doubling technology based on Matlab

Zhang Tianmin1，Wu Yunfeng2，Zhang Ping2
（1.Training Center，Dalian Light Industry School，Dalian 116023，China；
2.Optoelectronic Institute，DaLian Nationalities University，Dalian 116600，China）

The low wavelength by using laser frequency doubling technology.The equipment used in this work is self－designed which could change the laser wavelength from 1064nm to 532nm.The laser intensity distribution is collected.This article studies and compares，the laser frequency doubling of light intensity distribution in the case of different slit width.The results confirm that the slit width affects the intensity distribution，and the high intensity is received under the condition of different wide slits.Two－dimensional and three－dimensional laser intensity distributions are simulated by Matlab，which provides a more intuitive understanding of the laser frequency doubling，and the simulation is agreement with the theoretical study.

laser；frequency doubling technology；intensity distribution；Matlab

N37；TN241

B

1002－4956（2014）1－0052－03

2013－06－25 修改日期：2013－07－22

國家自然科學(xué)基金資助（11204025）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資資助（DC120101164）

張?zhí)烀瘢?965—），男，遼寧蓋州，碩士，高級(jí)教師，主要從物理教學(xué)及計(jì)算機(jī)教學(xué).

E－mail：dl－ztm＠163.com

儀器設(shè)備研制與應(yīng)用