基于MATLAB的FDTD激光谐振腔仿真系统设计与实现

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现了三种典型激光谐振腔（条形、圆形、环形）的仿真系统，分别采用矩阵光学、波动光学与光线追迹方法进行建模，能够有效分析腔模特性与光场传输行为，为激光器设计与优化提供可靠工具。

详 情 说 明

激光谐振腔仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于FDTD（时域有限差分）方法的激光谐振腔仿真系统，专门用于模拟和分析三种典型激光谐振腔结构。系统整合了矩阵光学方法、波动光学理论和衍射积分算法，能够对条形腔、圆形腔和环形腔进行全面的光学特性分析，为激光谐振腔的设计和优化提供数值仿真支持。

功能特性

支持的腔体类型

• 条形谐振腔：采用矩阵光学方法计算腔模特性
• 圆形谐振腔：基于波动光学理论求解本征模式
• 环形谐振腔：结合光线追迹和衍射积分数值模拟光场传输

分析能力

• 谐振腔稳定性分析
• 谐振频率计算
• 输出场分布模拟
• 品质因数Q值计算

输入参数

• 腔体结构参数：腔长（0.1-10m）、反射镜曲率半径（0.5-20m）
• 工作波长：400-2000nm可调
• 腔型选择：条形/圆形/环形
• 模拟精度参数：网格划分密度、时间步长设置
• 初始场分布：高斯光束参数（束腰半径、发散角）

输出结果

• 数值结果：谐振频率列表、品质因数Q值、稳定系数
• 二维场分布图：腔内光强分布等高线图
• 动态模拟：光场随时间演化动画（.avi格式）
• 特性曲线：传输损耗谱、模式稳定性图
• 数据文件：模态参数表格（.csv格式）

使用方法

1. 参数设置：根据仿真需求设置腔体类型、几何参数和工作波长
2. 精度调整：配置网格密度和时间步长以获得最佳计算精度
3. 初始场配置：定义高斯光束的初始参数
4. 运行仿真：启动FDTD计算过程
5. 结果分析：查看输出的数值结果、场分布图和动态模拟

系统要求

硬件要求

• 内存：至少8GB RAM（推荐16GB以上）
• 处理器：Intel i5或同等性能以上
• 存储空间：1GB可用空间

软件环境

• MATLAB R2018a或更高版本
• 图像处理工具箱
• 信号处理工具箱

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能，包括用户交互界面、参数输入验证、三种谐振腔的专用计算方法选择与执行、FDTD时域推进引擎、光场数据采集与处理、谐振特性分析算法、多种可视化输出生成以及结果数据的导出管理。该文件作为整个仿真系统的控制中心，协调各个计算模块的顺序执行并确保数据处理流程的完整性。