激光光束的傅里叶分析实验模拟：基于SeeLight和MATLAB平台.pdf

在深入探讨激光光束傅里叶分析的实验模拟之前，首先需要了解傅里叶分析的基本原理。傅里叶分析的核心思想在于将任何连续的时序或信号表示为不同频率的正弦波的无限叠加，这种方法使得在频域内研究信号特征成为可能。傅里叶分析不仅在电力工程、通信和控制领域中有着广泛的应用，同样在力学、光学、量子物理和各种线性系统等工程技术领域中占有重要地位。 在光学领域中，激光谐振器发出的基模谐振腔的横截面振幅分布通常遵循高斯函数，这类型的光束被称作高斯光束。高斯光束在激光应用中存在一定的限制，这促使研究者们寻求更加优秀的光束，例如艾里光束等无衍射光束。艾里光束自2007年被Christodoulides研究组实验实现后，其无衍射性、自愈性和自弯曲传输的特性，引起了人们研究其在各种介质中传输特性的广泛关注。 为了研究激光光束的频谱特性，采用傅里叶分析方法可以方便快捷地获得光束在频域上的频率组成，从而为后续的性质研究打下基础。基于虚拟仿真平台SeeLight和编程语言MATLAB，可以在不同的条件变化下（如波长、束腰半径、透镜焦距、衰减系数等），观察和分析傅里叶变换后的图像，进而总结得到高斯光束和艾里光束在频域上的性质，并分析各种实验因素造成的影响。 在理论研究中，高斯光束的实验理论认为，假设高斯光束沿z轴传输，束腰中心位于坐标原点位置，则在z=0平面上的交叉功率谱可表示为特定的数学公式，其中包含了角频率ω、源光谱0S(ω)和高斯光束的腰斑半径0w。透镜的傅里叶变换性质指的是，当包含不同频率成分的光场遇到透镜时，具有相同空间频率的光波成分会聚集到透镜的像方焦平面上的特定点。 实验模拟中，通过在SeeLight平台上使用透镜实现傅里叶变换，并改变波长、束腰半径、透镜焦距等条件，观察傅里叶变换后的图像，可以分析这些实验因素对实验结果的影响。MATLAB平台则被用来进行艾里光束的傅里叶变换模拟，通过改变衰减系数来进一步分析其对实验结果的影响。最终，通过对傅里叶变换图像的观察，可以总结高斯光束和艾里光束在频域上的性质差异，并探究不同实验因素如何影响这些性质。 总结来说，通过SeeLight光学系统虚拟仿真实验平台和MATLAB编程平台，本文深入研究了高斯光束和艾里光束在频域的特性，并探索了各种实验因素对实验结果的影响。这对于激光领域的理论研究和实际应用具有重要的参考价值。