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《雷射(ι)-高斯光束》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、實驗一He-Ne雷射(Ι)－高斯光束一、實驗目的※1.嘗試觀察內(nèi)鏡式He-Ne雷射輸出強度分佈※2.測量模(Gaussianbeam)的特性?！?.利用刀口法量測雷射光束的光班大小及雷射的強度分佈，以瞭解雷射光束的特性。二、實驗儀器1.Single-TransverseModeHe-NeLaser(632.8nm)2.Multi-TransverseModeHe-NeLaser3.Powermeter4.Translationstage5.Razorblade6.Lens7.尺,鏡架等三、實驗原理【高斯光束】在雷射光產(chǎn)生過程
2、中，其原始光的信號來自發(fā)放射，而自發(fā)放射是雜亂無章的，如何在其中選取一定傳播方向和頻率的光信號，使和方向性的雷射光呢？最簡單的方式，即在介質(zhì)兩端和加同光軸的反射鏡，稱為光學腔，其中一為全反射鏡，另一片為部分穿透鏡，當光子在光軸方向往返穿梭不斷撞擊激發(fā)原子，不斷放大，以致於激發(fā)輻射光遠大於自發(fā)輻射光。當激發(fā)至某一程度時，光子放大的因素大於撰失的因素(如部分穿透損失、鏡片吸收、繞射損失、介質(zhì)散射損失等)，此時方有雷射輸出。光學腔的長度和鏡片之曲率半徑大小決定電磁波在雷射光學腔內(nèi)的形式以及在腔內(nèi)傳播時的損耗情形。而存在光學腔內(nèi)有許
3、多光波的形式，通稱為TEM波型，若我們能抑制高階型僅讓最基本的波型的增益大於光學腔的損耗，則稱此時之雷射輸出波型為TEM00波型或高斯波型。TEM00?光的強度，是氣體雷射光束行進距離z和的函數(shù)????????13由式中可以看出光強度呈高斯分佈。當距離光軸為光束半徑w時,電場衰減為e-1,此時光強度為最大強度時的1/e2，故定義w代表光束半徑(BeamRadius),又叫光點大小(SpotSize),則2w即為光束之直徑(BeamDiameter)。當z=0時,w(0)=w0,此處光點最小,稱為光束腰部(BeamWaist)
4、。腰部之處波前為一平面波,因R(z=0)→∞。光束在空間行進後其光點w(z)漸漸擴大,當z>>w0π/λ,其漸近線為w(z)=(λz)/(w0π),故這種光束在遠處發(fā)散之角度θ＝λ/(πw0),這就是氣體雷射光束能夠射到遠處而光點擴散仍小之原因。所以在空間傳播時由腰部開始光點散發(fā)角度為θ,而橫截面之電場分佈仍為高斯函數(shù)。光束之腰部w0越細,則發(fā)散角度越大。其中在式中，為雷射的腰身，就是一道雷射光束最窄的寬度的一半，，是所謂的Rayleighrange，是從光束最窄處到光束寬度變成處的距離。藉此我們可以知道這道雷射光束發(fā)散的速
5、度，如果越大，表示這道雷射光發(fā)散的速度越慢13【高斯光束的測量-刀口測量法】測量高斯束徑有下列幾種方法：a.針孔(pinhole)b.刀口(knifeedge)c.狹縫(slit)d.細絲(ribbon)。其原理是將已知形狀的孔垂直光軸掃描高斯光束，測量通過使孔的光能量大小隨其位置的變化而求得。本實驗是用刀口測量法，所以為其測量的原理：若刀口掃描方向為X軸，則得到的信號如下：13其他測量方法參考以下資料：Gupta＆Bhargava”AnExperimentwithGaussianLaserBeams”Am.J.Phys.5
6、6.563(1998)施宙聰”高斯光束的測量”一、實驗步驟在下列實驗中，beamsize(w)的測量均採用刀口法：【1】設好He-Ne雷射,啟動雷射,使雷射輸出,,並在牆壁上形成雷射之圖案。將Single及Multi-transversemodeHe-Nelaser照射到5公尺外的牆上(越遠越好),用肉眼觀察光強度的分布並估計二者的發(fā)散角。量測牆壁上雷射光束中心與雷射的距離Z，並量測牆壁上雷射光束直徑R。以此出計算出雷射光束的全發(fā)散角?！?】利用刀口掃描法來量測beamsize隨著距離的變化，量測Singletransver
7、semodeHe-Nelaser輸出之beamsize隨距離的變化(雷射光束距雷射輸出端之距離從0cm到500cm)。利用上述的結果可以求得,發(fā)散角和Beamwaist()的位置?！?】在雷射前放置一長焦距之透鏡,量測透鏡焦點處之spotsize根據(jù)理論,在焦點F處的spotsize為,與透鏡位置無關。試將透鏡置於Z=50cm,100cm,150cm,200cm處量測其焦點F處之spotsize,驗證與位置無關,並計算，並且與實驗步驟之【2】之結果比較?！?】此實驗我們將用一狹縫測出高斯光束經(jīng)過透鏡後新Beamwaist()
8、的位置,其方法為:將狹縫置於Translationstage上,且狹縫位於光路之高斯光束的峰值位置(利用Powermeter可找到),然後水平移動狹縫在Translationstage的位置(沿z軸)其Powermeter讀數(shù)最大值處即為新Beamwaist()的位置並驗證下列公式其中為B
