基于Matlab模拟的激光倍频技术实验数据处理

张天民，吴云峰，张 萍

（1.大连市轻工业学校培训中心，辽宁大连 116023；2.大连民族学院物理与材料工程学院，辽宁大连 116600）

基于Matlab模拟的激光倍频技术实验数据处理

张天民1，吴云峰2，张 萍2

（1.大连市轻工业学校培训中心，辽宁大连 116023；2.大连民族学院物理与材料工程学院，辽宁大连 116600）

采用自行设计组装的激光倍频实验装置，把波长为1 064nm的激光倍频后得到532nm的绿光，并且采集倍频后的光强分布，研究了在不同缝宽的条件下绿光的光强分布。实验结果表明，狭缝的缝宽显著影响光强分布，缝宽越宽，光强越强。利用Matlab软件模拟了二维和三维光强分布图，对激光倍频有了一个更为直观的认识，模拟结果与理论研究相符。

激光；倍频技术；光强分布；Matlab

光的倍频是一种最常用的扩展波段的非线性光学方法［1］。激光倍频的基本原理是频率为ω的光穿过倍频晶体，因晶体中的非线性作用，使频率变为2ω，从而获得波长减少一半的光［2］。本文将波长1 064nm的近红外激光经过KTP晶体［3］进行腔内倍频后得到532nm的绿激光。采用光功率指示仪接收绿激光并采集数据，利用Matlab软件［4］模拟出激光光强分布及衰减过程。

吴学科等［5］应用Matlab实现了双点光源干涉现象的模拟。文献［6—8］采用Matlab对光学理论和现象作辅助分析，提供了光学演示平台。文献［9］采用Matlab编程处理532nm绿色激光光谱实验数据，计算机处理代替了传统的手工处理，快速准确，工作效率大幅提高，可绘制出二维和三维图形，直观可信。

本文利用Matlab语言编写程序研究半导体［10］激光倍频后的光强分布及衰减情况，绘制出倍频后的绿光光强分布图，加深对激光倍频技术光强［11－12］分布特点的认识。

1 激光倍频实验及光功率测量

如图1所示，将准直小孔屏置于导轨上靠近He－Ne激光光源（用作准直激光器），将Nd：YVO4晶体和KTP晶体及输出镜依次放在导轨上，使半导体激光器输出的红外光与Nd：YVO4和KTP晶体的正反射光均通过准直小孔中心，然后依次调节Nd：YVO4晶体和KTP晶体及输出镜，使正反红光也正通过各自的准直小孔中心，从而出现532nm的绿色激光。

图1 调光准直模型图

如图2所示，调出绿色激光后，为测量绿色激光的光功率，从图1中撤掉He－Ne激光器和准直小孔，安装一个光电狭缝接收器并与光功率指示仪连接，测量绿光的功率。光电狭缝接收器与绿色激光在一条直线上，将绿色激光照射在光电接收器的狭缝上。

图2 实验台的构建图

将半导体激光器电源调到400mA的电流，调出绿色光，如图3所示，使绿色激光照射在狭缝上，将狭缝缝宽调为0.4mm和0.2mm，打开光功率指示仪，把光功率指示仪连接到狭缝的接收器上，选择量程为20μW；将狭缝接收器固定在之前搭建好的实验台上，调节狭缝接收器底座旋钮，使圆形光斑照射在狭缝的一侧；调节接收器上的螺旋测微器，让狭缝从光斑一端移动到光斑另一端，每0.1mm测量一次，并记录实验数据。倍频后绿光的光功率变化表见表1和表2。

图3 绿色光斑

表1 缝宽为0.4mm、532nm绿色激光光功率变化数据

表2 缝宽为0.2mm、532nm倍频激光光功率变化数据

2 应用Matlab进行数据处理

2.1 构建模型

符号设定：

x0：螺旋测微器度数，即位移（mm）；

y0：光功率；

m：光束与x轴节线数；

n：光束与y轴节线数。

然后利用表1和表2中的数据作出绿色激光的光功率分布图，并对比分析实验数据。

绿色激光的光功率分布的程序如下：

（1）缝宽为0.4mm时的程序：

（2）缝宽为0.2mm时的程序：

数据处理得到的绿色的光功率分布见图4。

图4 绿色激光光功率分布图

由实验结果可得：绿色激光在不同缝宽的情况下，光强（用光功率表征）分布不同，缝宽越宽则光强越强，衰减程度越明显；光强分布呈凸字形，圆形光斑中间处光强最强。

2.2 绿色激光光强分布三维图

程序如下：

绘得的激光光强分布三维图见图5。

图5 绝色激光光束三维光强分布图

3 结论

通过激光倍频技术将1 064nm半导体激光器的红外激光，倍频后得到绿色激光。对绿色激光进行光强分布测量，然后利用Matlab软件模拟出绿色激光的二维和三维光强分布图，直观展示了激光倍频后的光强分布。0.4mm和0.2mm缝宽下绿色激光的光强分布表明，缝宽越宽，光强越强。用Matlab软件成功模拟出了二维和三维光强分布图模拟，结果与理论结果相一致。

（References）

［1］袁多荣，刘明果，张囡，等.半导体激光倍频有机材料的探索和MHBA晶体的研究［J］.自然科学进展，1995（3）：15－16.

［2］袁多荣，蒋民华.实现半导体激光倍频（404～408.5nm）输出的有机新晶体MHBA［J］.光电子·激光，1999（5）：15－16.

［3］刘均海，邵凤兰，许心光，等，优质KTP晶体腔内有效倍频效率及损耗的研究［J］.光电子·激光，2000（6）：18－19.

［4］刘卫国.MATLAB程序设计与应用［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006.

［5］吴学科，吴次南，宋洪庆.基于MATLAB的双点光源干涉现象的模拟［J］.贵州大学学报，2007（24）：46－49.

［6］王习东，刘高潮.基于Matlab的矩孔夫琅和费衍射的仿真［J］.中国科技信息，2009（5）：34－35.

［7］阮诗森，欧阳艳蓉.共焦球面腔的衍射模拟［J］.咸宁学院学报，2009（6）：8－9.

［8］周娜，王石语，过振，等.测量激光束横模结构的方法研究［J］.中国激光，2011（1）：10－11.

［9］蓝发超，唐宇.基于Matlab的钠原子光谱实验数据的处理［J］.广西物理，2007，28（3）：39－41.

［10］单肖楠，刘云，曹军胜.808nm千瓦级高效大功率半导体激光光源［J］.光学精密工程，2011（2）：452－456.

［11］贺迎春，李凤英，周行.激光束光强分布测量中针孔光阑的影响［J］.应用激光，1994（3）：11－12.

［12］张星辉.用振幅矢量法计算光栅衍射的光强分布［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

国家自然科学基金资助（11204025）；中央高校基本科研业务费专项资资助（DC120101164）

张天民（1965—），男，辽宁盖州，硕士，高级教师，主要从物理教学及计算机教学.

E－mail：dl－ztm＠163.com

仪器设备研制与应用