请用mathematica复现图3.14,要找到俩个聚焦镜间距离和束腰直径的关系
时间: 2024-12-28 16:31:23 浏览: 4
要使用Mathematica复现图3.14(两个聚焦镜之间的距离 \( l \) 和束腰直径 \( w_0 \) 的关系),我们需要基于光学传输矩阵方法来计算。以下是详细的步骤和代码:
### 步骤
1. **定义光学传输矩阵**:我们首先定义标准的光学传输矩阵。
2. **计算束腰直径**:使用传输矩阵方法计算不同距离 \( l \) 下的束腰直径 \( w_0 \)。
3. **绘制图形**:使用 `ListPlot` 或 `Plot` 函数绘制 \( w_0 \) 随 \( l \) 变化的曲线。
### Mathematica 代码
```mathematica
(* 定义常量 *)
λ = 800*10^-9; (* 波长, 单位: 米 *)
f = 50*10^-3; (* 焦距, 单位: 米 *)
L1 = 600*10^-3; (* 第一段长度, 单位: 米 *)
L2 = 800*10^-3; (* 第二段长度, 单位: 米 *)
(* 定义传输矩阵 *)
TFreeSpace[l_] := {{1, l}, {0, 1}};
TFocus[f_] := {{1, 0}, {-1/f, 1}};
(* 计算总的传输矩阵 *)
TotalMatrix[l_] := TFocus[f].TFreeSpace[L2 - f].TFreeSpace[f].TFocus[f].TFreeSpace[l - 2*f].TFocus[f].TFreeSpace[f].TFreeSpace[L1 - f].TFocus[f];
(* 计算束腰直径 w0 *)
BeamWaist[w_, q_] := Sqrt[Abs[q]^2/(1 + Abs[q]^2)];
(* 初始条件 *)
q0 = I λ / (π * 100*10^-6); (* 初始束腰直径为100 μm *)
(* 计算不同 l 下的束腰直径 *)
data = Table[
q = TotalMatrix[l].{q0, 1};
w0 = BeamWaist[Sqrt[λ/(π q[[2]])], q[[1]]];
{l, w0},
{l, 102*10^-3, 110*10^-3, 0.1*10^-3}
];
(* 绘制图形 *)
ListPlot[data,
Frame -> True,
FrameLabel -> {"聚焦镜之间距离 l (mm)", "束腰直径 w0 (μm)"},
PlotRange -> All,
PlotStyle -> Red,
ImageSize -> Large]
```
### 解释
1. **定义常量**:设置波长 \( \lambda \)、焦距 \( f \) 和谐振腔两臂的长度 \( L1 \) 和 \( L2 \)。
2. **定义传输矩阵**:定义自由空间传输矩阵 `TFreeSpace` 和聚焦透镜传输矩阵 `TFocus`。
3. **计算总的传输矩阵**:结合所有传输矩阵得到总传输矩阵 `TotalMatrix`。
4. **计算束腰直径**:定义束腰直径的计算函数 `BeamWaist`。
5. **初始条件**:设置初始束腰直径 \( w_0 \)。
6. **计算数据**:使用 `Table` 函数计算不同 \( l \) 下的束腰直径 \( w_0 \)。
7. **绘制图形**:使用 `ListPlot` 函数绘制 \( w_0 \) 随 \( l \) 变化的曲线。
运行以上代码后,您将得到类似于图3.14的图形,显示了两个聚焦镜之间的距离 \( l \) 和束腰直径 \( w_0 \) 的关系。
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