激光光束分析实验报告.pdf
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1、1 / 6 激光光束分析实验报告 引言 1960 年,世界上第一台激光器诞生。激光作为一种相干光源,以其高亮 度、高准直性、高单色性的优点,一直在各种生产和研究领域发挥着重要的作 用。b5E2RGbCAP 虽然激光具有上述优点,然而严格地说,激光并不是平面光束,而是一种 满足旁轴近似的旁轴波。由稳定谐振腔发出的激光束大多为高斯光束,其主要 参数为光束宽度、光束发散角和光束传播因子。由于这几个参数不同,不同激 光束的质量也就有了差别,因此就需要制定评价光束质量的普适方法。常用来 评价光束质量的因子有:衍射极限倍数因子、斯特列耳比、环围能量比、因 子和因子的倒数K 因子 高斯光束有最好的光束质量,
2、其,可以证明对于一般的激光光束有 。因子越大,实际光束偏离理想高斯光束越远,光束品质越差。当高 斯光束通过无像差、衍射效应可忽略的透镜、望远镜系统聚焦或扩束镜时,虽 然光腰尺寸或远场发散角会发生变化,但光束宽度和发散角之积不变, 是几何光学中的拉格朗日守恒量。DXDiTa9E3d 实验原理 如图选定坐标系。设光束的束腰位置为,束腰直径为,远场发散角 为。为了简化问题,假设光束关于束腰对称,则可求出传播轴上任一垂直面 2 / 6 上的光束直径。光束传播方程的一级近似为: RTCrpUDGiT 光束的因子为: 其中 n 为传播介质折射率,为光束波长。对于束腰宽度和远场发散 角,可用如下方法测得。
3、本实验中,我们采用的CCD 能够测量在柱坐标系中传播轴上任一垂直面 上的光束能量密度函数。由于能量密度函数关于传播轴中心对称,故在 分布函数中没有自变量。对于高斯光束,可以证明: 5PCzVD7HxA 其中: 因此只要测出能量密度函数就可以求出传播轴上任一垂直面上的 光束直径。 有了测量光束直径的方法后,分别在轴向位置处测量能量密 度函数,求出光束直径和,之后将其代入光束传播的一级近似方 程中,得到方程组:jLBHrnAILg 由该方程组可以求出束腰直径与远场发散角。在光束波长已知的情 况下,就能求出因子。 本实验还要求测量高斯光束的瑞利距离和焦深。轴上光强降为束腰光强 一半的位置称为瑞利距离
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