HeNe激光器高斯光束腰斑测量实验

He-Ne激光器高斯光束腰斑测量 一、实验目的 1、加深对高斯光束物理图像的理解； 2、加强对高斯光束传播特性的了解； 3、掌握用 CCD 法和刀口法测量高斯光束光斑大小； 4、了解并掌握远场发散角的定量测量方法； 二、实验设备 He-Ne 激光器、激光电源、光功率计、滤光片、衰减片、CCD 相机、光学光具座、示波器、数据采集卡、计算机等。 三、实验原理 （一）CCD 测量法 实验系统结构如右图所示： 实验中，将光具座导轨上的 CCD相机沿着激光传播方向均匀移动，实时地记录 CCD 相机在光具座标尺上的不同位置以及对应的纵向平面上的光斑尺寸。 光斑半径 ω(z)---定义为在光束传播方向上 z处的横截面内圆形光斑半径，可表示为  20201,zz  （1） 利用公式（1）可得  22001,zz （2） 对于两个不同的位置12,z z ，有 222012120011 ,zz  （3） 即： 2222010200 .zg   （4） 以000.01zgzg  （若对精度有更高要求，可适当增加小数位数）为判据，选择适当步长逐步减小测量所得的最小光斑半径，将每次减小后的光斑半径值与测量所得任意两个刻度处的光斑半径叠带入式（4），运用光腰判据进行光腰半径的求解；同时利用0z2z22lim）（可求解出远场发散角。 （二） 刀口测量法 1、实验装置如图所示 2、实验原理： 相比于 CCD 法，刀口法适用于高功率激光的质量分析。在理论上是根据光腰的定义（强度的21/ e ）即能量下降到中心光斑能量的86.5%来测量。但是由于刀口方向（Y 轴向）的积分范围的扩大，光束腰的界定一般以能量下降到95.4%为准。所以在高斯激光束束腰处横截面内的强度分布可表示为： 2202222,exp,ssxyPI x y （5） 式中0P 为激光的总功率，s 为按照强度21/ e 所定义的腰斑半径。 对于高斯光束，场并不是局域于22zzxy的范围内，如上图所示，在Y方向上应延伸到无穷远，只是在 zz的区域内光强很弱。 以s 为半径的范围内的光强占总光强的百分比为：%466.86e1SSI-2011 所以以s 为半径的范围内的光强能量占总光强能量的86.466%。如果按照刀口测量时的实际范围，则%44.95SSI022 由此可见，...