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高斯光束
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这个问题一直困扰我，主要是我找到了几个公式，但是感觉都不专业，公说公有理，婆说破有理，不能很好的统一起来，所以希望有关专业人士帮忙解决这个问题 我的高斯光束是从Nd:YAG激光器里面发出来的，光束的出射半径是3.5mm，本实验室所用的聚焦透镜的焦距是30mm，那束腰半径w0是多少，公式是什么，（重点是公式是什么） 我今天看了一些东西，发现几个问题， 1:高斯光束的束腰半径跟激光器前放的透镜好像没有什么关系，不知道我这样想对不对， 2:高斯光束的束腰半径和高斯光束在焦点处的束腰半径有什么不同？ 3：基模高斯光束和实际高斯光束的束腰半径有什么不同？ 希望高手能解答，感激不尽，呵呵 [ Last edited by zhaoyusnow on 2006-8-31 at 10:06 ] |
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growingpains
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zhaoyusnow(金币+1):谢谢参与。
雪冰仙(金币+2):谢谢，这篇文章我也有，呵呵，不过还是谢谢你，我上午在图书管 借到了这方面的书，成功解决了问题，呵呵
zhaoyusnow(金币+1):谢谢参与。
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由于我还不能上传附件，发到你邮箱<xiaozhen0101@hotmail.com>里了，试一试吧！ 下面是文字部分： 高斯光束束腰半径的测量 同济大学 颜海滨(005058) 激光器发出的光束在基模时其振幅和位相在横向都呈高斯型分布，由于激光技术的广泛应用和不断发展，对高斯光束的研究及测量成为一个重要内容。高斯光束束腰半径的测量有过许多方法，例如扫描针孔法[1]、扫描刀口法[2]、扫描狭缝法[3]、扫描Ronchi刻尺法[4]、等距三点采光测量法[5]等等，但是这些方法所用仪器繁多、光路复杂，因此实验操作起来比较繁琐。通过利用高斯光束的性质，根据其光强分布，可以给出一种简单、迅速地测量激光束腰半径的方法。 【实验目的】 测量高斯光束束腰半径。 【实验器材】 氦-氖激光器，硅光电池，灵敏数字电压表，小孔若干，固定装置。 【实验原理】 高斯光束光强的横向分布为 经归一化后的得到 从而得出 ，其中 为高斯光束的总功率。光强分布如图1所示。若在激光束前加一半径为 的小孔光阑，则从小孔中透过的光强即为如图 1所示的斜线部分，其光强数值为 由此得到 根据高斯光束束腰半径的定义，当激光振幅减为轴上的 =36％或光强下降到轴上的13％时光束尺寸，即当 =0.87时对应的小孔光阑半径即为高斯光束的束腰半径。 【实验测量及数据处理】 实验中记录光束通过不同小孔半径 时激光的功率值 和不加小孔光阑时激光的功率值 ，代入上述公式计算束腰半径。这个实验用硅探测器（硅光电池）来测量激光功率。硅光电池的电压与照射到光接收面上光功率成正比。所以可以直接用电压表示激光的功率。 小孔半径数值可以用夫琅和费圆孔衍射中的第一极小位置确定，即半角宽度 ，又有 ，其中 为第一级暗环直径， 为小孔到接收屏的距离,小孔半径 ,也可用数码显微镜直接测量。数码显微镜具有直观而精确的特点，而且可以直接观察小孔的形状，从中挑选比较圆而没有边刺的小孔，因而我们这里用数码显微镜来测量小孔半径。由于小孔总有些不规则，不是标准的圆形，我们通过测量两条互相垂直的直径长度再取平均值来确定小孔半径。 测量数据列于下表（ , =0.3770 ） 小孔序号 1 0.0465 0.0676 0.179 0.148 2 0.0438 0.0618 0.164 0.146 3 0.0305 0.0311 0.082 0.147 4 0.0302 0.0334 0.088 0.141 5 0.0287 0.0305 0.081 0.140 6 0.0107 0.0039 0.010 0.151 7 0.0067 0.0015 0.004 0.150 高斯光束的束腰半径值为 【实验分析】 这个实验理论上并不复杂，实验装置也很简单，但是操作上有点困难，不容易做精确。考察实验过程中所使用仪器及所采用的方法，误差产生的原因有： 1． 有些小孔本身不圆或其边缘不够光滑，尽管实验中先利用数码显微镜观察选出相对较好的小孔，但仍不可避免地对实验结果产生一定影响。小孔不圆或边缘不光滑，半径就不精确，通过小孔的光功率与束腰半径的关系也不准确了； 2． 激光器的光强不稳定也是一个重要的误差来源，实验中观察到不加小孔与加上各种不同小孔后，电压表的读数都是在某个值附近上下变化，虽然变化不大，但给我们读数带来了麻烦，而且本身电压就很微小，稍微有点起伏就会产生很大误差。读数时尽量仔细地观察电压变化的范围，然后再确定电压值； 3． 要使高斯光束光强极大点精确位于小孔中心，使输出电流最大，操作上不容易做到，实验中通过反复微调小孔的位置使电压表读数最大，从而确定小孔的位置，这时电表的灵敏度会影响测量精度； 4． 实验过程中外界环境影响也都是造成实验误差的原因。这个实验最好在暗室里进行，没有暗室一定要用黑布或其他东西遮掉外界光； 5． 尽量使硅光电池的受光硅片靠近小孔，因为光通过小孔后衍射发散，这样才能使衍射后的光全部照在硅片上，否则测量到的光功率并不是光通过小孔后的全部功率； 对实验的一些改进建议： 最好能把整套实验装置固定在一个光具座上，这样就容易固定和微调小孔的位置。还有就是最好把小孔分别固定在一些规格一样的卡片上，换小孔的时候只要换卡片就行了。这次实验的小孔都是一些很小的金属片，换起来很麻烦，而且不易找到小孔的位置。 参考文献 [1] C.K.Rhodes et al.;“Laser Handbook”,1,F,T.Arechi et al.,Eds,North-Holland,Amsterdam,1972. [2] Y.Suzaki et al.;appl.Opt.,1975,14,2809. [3] J.E.Pearson et al.;JOSA,1968,59,1440. [4] R.J.Anderson et al.; Appl.Opt.,1971,10,1605. [5] 朱延彬. 中国激光.1983. 10. No.2,90. 指导教师:马宁生 |
2楼2006-05-23 02:41:29