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《實驗高斯光束腰斑測量和變換》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、實驗高斯光束腰斑測量和變換一、實驗目的1、加深對高斯光束物理圖像的理解；2、加強對高斯光束傳播特性的了解；3、掌握用光束質量分析儀法和刀口法測量高斯光束腰斑大小的方法;二、實驗儀器和用具鈦寶石激光器、光功率計、濾波片、衰減片、光束質量分析儀、光學光具座、計算機等。三、實驗原理(-)光束質量分析儀法實驗系統(tǒng)結構如右圖所示：實驗中，將光具座導軌上的CCD相機沿著激光傳播方向均勻移動，實時地記錄CCD相機在光具座標尺上的不同位置以及對應的縱向平面上的光斑尺寸。光斑半徑血⑵…定義為在光朿傳播方向上z處的橫截面內(nèi)圓形光斑半徑，可表示為
2、Z)(0(1)即:(4)以Az_g(?)'Az+g他)<0.01(若對精度有更高要求，可適當增加小數(shù)位數(shù))為判據(jù)，選擇適當步長逐步減小測量所得的最小光斑半徑，將每次減小后的光斑半徑值與測量所得任意兩個刻度處的光斑半徑疊帶入式(4),運用光腰判據(jù)進行光腰半徑的求解。(-)刀口測量法2、實驗原理：2(x2+/)(5)相比于CCD法，刀口法適用于高功率激光的質量分析。在理論上是根據(jù)光腰的定義（強度的1/孑）即能量下降到中心光斑能量的86.5%來測量。但是由于刀口方向（Y軸向）的積分范圍的擴大，光束腰的界定一般以能量下降到95.4%
3、為準。所以在高斯激光束束腰處橫截面內(nèi)的強度分布可表示為：710）；式中人為激光的總功率，?為按照強度1/y所定義的腰斑半徑。對于高斯光束，場并不是局域于zco{z）的區(qū)域內(nèi)光強很弱。以?為半徑的范圍內(nèi)的光強占總光強的百分比為：I,=S,/S（）=l-e'2=86.466%所以以0為半徑的范圍內(nèi)的光強能量占總光強能量的86.466%o如果按照刀口測量時的實際范圍,則I2=S2/S0=95.44%由此可見，實際測量時測出的光強與總光強能量的比值為
4、95.44%,比原來的比值要大得多。四、實驗內(nèi)容（1）用刀口法確定高斯光束束腰在不同位置所對應的光斑半徑（2）用CCD法觀察高斯光束圖樣五、實驗過程（一）刀口測量法1.在刀口未切割光束情況下，調(diào)整激光在光具座上的方向及位置；2.將光束對準功率計；并調(diào)整，根據(jù)功率計的讀數(shù)最大值來確定光功率計處于最佳接收狀態(tài)；3.在激光和光功率計Z間放一個微型小孔（針孔擋片），讓擋片在光束傳播方向來回移動，通過光功率計的讀數(shù)，找到最大值處，即該處為光束束腰位置（測量時，該處也是刀口位置），并固定好光功率計；4.取走擋片，記錄功率計的最大讀數(shù)丘，
5、此為激光光束的總功率；5.用刀口代替擋片，旋動刀口測微螺母，讓刀口切割光束，直至光功率計的讀數(shù)為0.954人，記錄該處測微螺母的讀數(shù)尤；再繼續(xù)選裝測微螺母至0.046幾處，并記錄該處讀數(shù)為*2,得（高斯激光束束腰在該處的直徑）.6.移動刀口位置，并記下不同位置所對應的束腰直徑AX待數(shù)據(jù)記錄好后整理實驗儀器并驚醒數(shù)據(jù)的分析與處理。（二）CCD測量法1、調(diào)節(jié)激光器的準直（按照“近屏”調(diào)“近端”，“遠屏”調(diào)“遠端”原則）將白屏（帶小孔）固定在光具座接近激光器的一側；調(diào)節(jié)白屏高度和激光器光束出口端（可簡稱為“近端”）三顆平面調(diào)節(jié)螺母
6、使光束穿過小孔；向遠離激光器方向移動口屏；若光束偏離小孔，則調(diào)節(jié)激光器近端的三顆平面調(diào)節(jié)螺母，直至光束無遮擋穿過小孔；進一步移動白屏，若白屏處于光具座一半長度以外，則換作調(diào)整激光器另外一端（遠端）的三顆平面調(diào)節(jié)螺母，讓光束穿過小孔；反復調(diào)節(jié)螺母直至達激光器準直。2、調(diào)整CCD相機，觀察高斯光束的截面圖形。取走白屏，在CCD相機前端放上濾光片和衰減片；調(diào)整CCD相機的支架高度，以確保光束能集中入射在CCD相機的感光元件上；將CCD相機移動到靠近激光器端；打開電腦中的數(shù)據(jù)采集軟件“光束分析儀”，實時觀察電腦屏幕上的圖形，根據(jù)高斯
7、光束的特征，細致調(diào)節(jié)CCD和機的高度與方位；并由近及遠移動CCD相機，觀察圖像的變化。3、記錄高斯光束的截面圖形六、實驗數(shù)據(jù)舉例1、數(shù)據(jù)記錄位置94%6%△平均△01.40.910.491.30.860.441.330.870.460.46332.51.260.790.471.280.7730.5071.250.770.480.4855751.5921.0890.5031.5921.0970.4951.6091.0980.5110.5037.52.0011.5010.5002.0031.5030.5001.9921.4950
8、.4970.499101.8601.2250.5251.8581.3340.5241.8531.3310.5220.523712.51.8201.2860.5341.8191.2810.5381.8221.2860.5360.536151.6831.1320.5511.6811.1300.
