请提供我一个输入激光器每层厚度材料结构仿真输出激光器光场的代码框架
时间: 2024-05-13 16:21:05 浏览: 16
以下是一个可能的代码框架,可以根据具体要求进行修改和完善:
```
# 导入所需的库
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.special import jv
from scipy.integrate import quad
# 定义激光器结构参数
n_layers = 5 # 层数
thickness = np.array([1.0, 2.0, 3.0, 2.0, 1.0]) # 每层厚度
n = np.array([1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9]) # 折射率
lambda0 = 1.0 # 激光波长
# 定义模式参数
m = 1 # 模式数
w0 = 1.0 # 模式半径
# 定义计算函数
def gaussian_beam(r, z):
w_z = w0 * np.sqrt(1 + (z * lambda0 / np.pi / w0**2)**2) # 坐标为z处的光束半径
R_z = z * (1 + (np.pi * w0**2 / lambda0 / z)**2) # 坐标为z处的光束曲率半径
phi_z = np.arctan(z * lambda0 / np.pi / w0**2) # 坐标为z处的光束相位
w_r = w0 * np.sqrt(1 + (r * lambda0 / np.pi / w0**2)**2) # 坐标为r处的光束半径
return (w0/w_z) * np.exp(-r**2/w_r**2) * np.exp(-1j*(m+1)*phi_z) * np.exp(-1j*r**2/R_z/lambda0)
def integrand(r):
return np.abs(gaussian_beam(r, z))**2 * r
def field_at_z(z):
field = np.zeros_like(r)
for i in range(n_layers):
a = thickness[i]
n_i = n[i]
def effective_index(r):
V = 2*np.pi/w0 * r * np.sqrt(n_i**2 - n[0]**2)
return n_i * np.sqrt(1 - jv(m+1, V)**2)
def phase_shift(r):
return 2*np.pi/lambda0 * a * effective_index(r)
def integrand(r):
return np.abs(gaussian_beam(r, z))**2 * np.exp(1j*phase_shift(r)) * r
integral = quad(integrand, 0, w0)[0]
field += np.sqrt(n_i/n[0]) * np.exp(-1j*k0*a*n_i) * integral
return field
# 定义模拟参数
n_points = 100 # 离散采样点数
r_max = 3*w0 # 采样范围
r = np.linspace(0, r_max, n_points)
z = np.linspace(0, np.sum(thickness), n_points)
# 计算光强分布
k0 = 2*np.pi/lambda0
field = np.zeros((n_points, n_points), dtype=np.complex128)
for i in range(n_points):
field[i, :] = field_at_z(z[i])
intensity = np.abs(field)**2
normalized_intensity = intensity / np.max(intensity)
# 绘制结果
plt.imshow(normalized_intensity.T, cmap='gray', extent=[0, np.sum(thickness), 0, r_max])
plt.xlabel('位置 (mm)')
plt.ylabel('径向距离 (mm)')
plt.show()
```
需要注意的是,这只是一个简单的代码框架,实际使用时需要根据具体要求进行修改和完善。例如,可以加入更复杂的光学模型(如衍射、反射、吸收等效应)、更精细的边界条件处理、更高效的数值计算方法等。
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