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《高斯光束的透鏡變換實(shí)驗(yàn).doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、實(shí)驗(yàn)三高斯光束的透鏡變換實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉高斯光束特性。2.掌握高斯光束經(jīng)過透鏡后的光斑變化。3.理解高斯光束傳輸過程.二實(shí)驗(yàn)原理眾所周知，電磁場運(yùn)動的普遍規(guī)律可用Maxwell方程組來描述。對于穩(wěn)態(tài)傳輸光頻電磁場可以歸結(jié)為對光現(xiàn)象起主要作用的電矢量所滿足的波動方程。在標(biāo)量場近似條件下，可以簡化為赫姆霍茲方程，高斯光束是赫姆霍茲方程在緩變振幅近似下的一個(gè)特解，它可以足夠好地描述激光光束的性質(zhì)。使用高斯光束的復(fù)參數(shù)表示和ABCD定律能夠統(tǒng)一而簡潔的處理高斯光束在腔內(nèi)、外的傳輸變換問題。在緩變振幅近似下求解赫姆霍茲方程，可以得到高斯光束的一般表達(dá)式：（6）式中，為振幅
2、常數(shù)；定義為場振幅減小到最大值的的值，稱為腰斑，它是高斯光束光斑半徑的最小值；、、分別表示了高斯光束的光斑半徑、等相面曲率半徑、相位因子，是描述高斯光束的三個(gè)重要參數(shù)，其具體表達(dá)式分別為：（7）（8）（9）其中，，稱為瑞利長度或共焦參數(shù)（也有用f表示）。（A）、高斯光束在的面內(nèi)，場振幅以高斯函數(shù)的形式從中心向外平滑的減小，因而光斑半徑隨坐標(biāo)z按雙曲線：（10）規(guī)律而向外擴(kuò)展，如圖四所示高斯光束以及相關(guān)參數(shù)的定義圖四（B）、在（10）式中令相位部分等于常數(shù)，并略去項(xiàng)，可以得到高斯光束的等相面方程：（11）因而，可以認(rèn)為高斯光束的等相面為球面。（C）、瑞利長度的物理意義為
3、：當(dāng)時(shí)，。在實(shí)際應(yīng)用中通常取范圍為高斯光束的準(zhǔn)直范圍，即在這段長度范圍內(nèi)，高斯光束近似認(rèn)為是平行的。所以，瑞利長度越長，就意味著高斯光束的準(zhǔn)直范圍越大，反之亦然。（D）、高斯光束遠(yuǎn)場發(fā)散角的一般定義為當(dāng)時(shí)，高斯光束振幅減小到中心最大值處與z軸的交角。即表示為：（12）高斯光束可以用復(fù)參數(shù)q表示,定義，由前面的定義，可以得到，因而（6）式可以改寫為（13）此時(shí)，，。高斯光束通過變換矩陣為的光學(xué)系統(tǒng)后，其復(fù)參數(shù)變換為：（14）因而，在已知光學(xué)系統(tǒng)變換矩陣參數(shù)的情況下，采用高斯光束的復(fù)參數(shù)表示法可以簡潔快速的求得變換后的高斯光束的特性參數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器He-Ne激光器,光學(xué)
4、導(dǎo)軌,光電二極管,CCD，CCD光闌，偏振片，高斯光束變換透鏡組件,圖像采集卡、BEAMVIEW光束分析與測量軟件四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：高斯光束的變換矩陣（1）將He-Ne激光器開啟，調(diào)整高低和俯仰，使其輸出光束與導(dǎo)軌平行?？赏ㄟ^前后移動一個(gè)帶小孔的支桿實(shí)現(xiàn)。（2）啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行BeamView激光光束參數(shù)測量軟件。（3）He-Ne激光器輸出的光束測定及模式分析。使激光束垂直入射到CCD靶面上，在軟件上看到形成的光斑圖案，在CCD前的CCD光闌中加入適當(dāng)?shù)乃p片?？衫眉す夤馐鴧?shù)測量軟件分析激光束的模式，判定其輸出的光束為基模高斯光束還是高階橫模式（作為前面模式分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
5、的一部分）。（4）由圖像確定He-Ne激光器輸出是基模光斑。前后移動CCD探測器，利用激光光束參數(shù)測量軟件觀測不同位置的光斑大小，光斑最小位置處即是激光束的束腰位置。(5)在光斑束腰位置后面L1處放置一透鏡，觀察透鏡后激光光束的變化情況，并測量處透鏡后的束腰位置及光斑大小，（6）由式（14）給出變換矩陣。注意事項(xiàng)：射入CCD的激光不能太強(qiáng)，以免燒壞芯片。思考題：實(shí)驗(yàn)測量的變換矩陣與理論值的差異主要來源于那些地方？
