基于Matlab模擬的激光倍頻技術實驗數據處理

張天民，吳云峰，張 萍

（1.大連市輕工業學校培訓中心，遼寧大連 116023；2.大連民族學院物理與材料工程學院，遼寧大連 116600）

基于Matlab模擬的激光倍頻技術實驗數據處理

張天民1，吳云峰2，張 萍2

（1.大連市輕工業學校培訓中心，遼寧大連 116023；2.大連民族學院物理與材料工程學院，遼寧大連 116600）

采用自行設計組裝的激光倍頻實驗裝置，把波長為1 064nm的激光倍頻后得到532nm的綠光，并且采集倍頻后的光強分布，研究了在不同縫寬的條件下綠光的光強分布。實驗結果表明，狹縫的縫寬顯著影響光強分布，縫寬越寬，光強越強。利用Matlab軟件模擬了二維和三維光強分布圖，對激光倍頻有了一個更為直觀的認識，模擬結果與理論研究相符。

激光；倍頻技術；光強分布；Matlab

光的倍頻是一種最常用的擴展波段的非線性光學方法［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，使頻率變為2ω，從而獲得波長減少一半的光［2］。本文將波長1 064nm的近紅外激光經過KTP晶體［3］進行腔內倍頻后得到532nm的綠激光。采用光功率指示儀接收綠激光并采集數據，利用Matlab軟件［4］模擬出激光光強分布及衰減過程。

吳學科等［5］應用Matlab實現了雙點光源干涉現象的模擬。文獻［6—8］采用Matlab對光學理論和現象作輔助分析，提供了光學演示平臺。文獻［9］采用Matlab編程處理532nm綠色激光光譜實驗數據，計算機處理代替了傳統的手工處理，快速準確，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體［10］激光倍頻后的光強分布及衰減情況，繪制出倍頻后的綠光光強分布圖，加深對激光倍頻技術光強［11－12］分布特點的認識。

1 激光倍頻實驗及光功率測量

如圖1所示，將準直小孔屏置于導軌上靠近He－Ne激光光源（用作準直激光器），將Nd：YVO4晶體和KTP晶體及輸出鏡依次放在導軌上，使半導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直小孔中心，然后依次調節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直小孔中心，從而出現532nm的綠色激光。

圖1 調光準直模型圖

如圖2所示，調出綠色激光后，為測量綠色激光的光功率，從圖1中撤掉He－Ne激光器和準直小孔，安裝一個光電狹縫接收器并與光功率指示儀連接，測量綠光的功率。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 實驗臺的構建圖

將半導體激光器電源調到400mA的電流，調出綠色光，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驗臺上，調節狹縫接收器底座旋鈕，使圓形光斑照射在狹縫的一側；調節接收器上的螺旋測微器，讓狹縫從光斑一端移動到光斑另一端，每0.1mm測量一次，并記錄實驗數據。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據

表2 縫寬為0.2mm、532nm倍頻激光光功率變化數據

2 應用Matlab進行數據處理

2.1 構建模型

符號設定：

x0：螺旋測微器度數，即位移（mm）；

y0：光功率；

m：光束與x軸節線數；

n：光束與y軸節線數。

然后利用表1和表2中的數據作出綠色激光的光功率分布圖，并對比分析實驗數據。

綠色激光的光功率分布的程序如下：

（1）縫寬為0.4mm時的程序：

（2）縫寬為0.2mm時的程序：

數據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

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

2.2 綠色激光光強分布三維圖

程序如下：

繪得的激光光強分布三維圖見圖5。

圖5 絕色激光光束三維光強分布圖

3 結論

通過激光倍頻技術將1 064nm半導體激光器的紅外激光，倍頻后得到綠色激光。對綠色激光進行光強分布測量，然后利用Matlab軟件模擬出綠色激光的二維和三維光強分布圖，直觀展示了激光倍頻后的光強分布。0.4mm和0.2mm縫寬下綠色激光的光強分布表明，縫寬越寬，光強越強。用Matlab軟件成功模擬出了二維和三維光強分布圖模擬，結果與理論結果相一致。

（References）

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

［2］袁多榮，蔣民華.實現半導體激光倍頻（404～408.5nm）輸出的有機新晶體MHBA［J］.光電子·激光，1999（5）：15－16.

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

［4］劉衛國.MATLAB程序設計與應用［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006.

［5］吳學科，吳次南，宋洪慶.基于MATLAB的雙點光源干涉現象的模擬［J］.貴州大學學報，2007（24）：46－49.

［6］王習東，劉高潮.基于Matlab的矩孔夫瑯和費衍射的仿真［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］.咸寧學院學報，2009（6）：8－9.

［8］周娜，王石語，過振，等.測量激光束橫模結構的方法研究［J］.中國激光，2011（1）：10－11.

［9］藍發超，唐宇.基于Matlab的鈉原子光譜實驗數據的處理［J］.廣西物理，2007，28（3）：39－41.

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

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

［12］張星輝.用振幅矢量法計算光柵衍射的光強分布［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

國家自然科學基金資助（11204025）；中央高?；究蒲袠I務費專項資資助（DC120101164）

張天民（1965—），男，遼寧蓋州，碩士，高級教師，主要從物理教學及計算機教學.

E－mail：dl－ztm＠163.com

儀器設備研制與應用