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《高斯光束的特性實(shí)驗(yàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、實(shí)驗(yàn)二高斯光束的測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉基模光束特性。2.掌握高斯光速?gòu)?qiáng)度分布的測(cè)量方法。3.測(cè)量高斯光速的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角。二實(shí)驗(yàn)原理眾所周知，電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律可用Maxwell方程組來(lái)描述。對(duì)于穩(wěn)態(tài)傳輸光頻電磁場(chǎng)可以歸結(jié)為對(duì)光現(xiàn)象起主要作用的電矢量所滿足的波動(dòng)方程。在標(biāo)量場(chǎng)近似條件下，可以簡(jiǎn)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(jiǎn)潔的處理高斯光束在腔內(nèi)、外的傳輸變換問(wèn)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
2、達(dá)式：（6）式中，為振幅常數(shù)；定義為場(chǎng)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(zhǎng)度或共焦參數(shù)（也有用f表示）。（A）、高斯光束在的面內(nèi)，場(chǎng)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)
3、為高斯光束的等相面為球面。（C）、瑞利長(zhǎng)度的物理意義為：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(zhǎng)度范圍內(nèi)，高斯光束近似認(rèn)為是平行的。所以，瑞利長(zhǎng)度越長(zhǎng)，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(chǎng)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）三、實(shí)驗(yàn)儀器He-Ne激光器,光電二極管,CCD，CCD光闌，偏振片，電腦四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（一）發(fā)散角測(cè)量關(guān)鍵是如何保證接收器能在垂直光束的傳播方向上掃描，這是測(cè)量光束橫截面尺寸和發(fā)散角的必要條件。由于遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角實(shí)際是以光斑尺
4、寸為軌跡的兩條雙曲線的漸近線間的夾角，所以我們應(yīng)盡量延長(zhǎng)光路以保證其精確度?？梢宰C明當(dāng)距離大于時(shí)所測(cè)的全發(fā)散角與理論上的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角相比誤差僅在1%以內(nèi)。（1）確定和調(diào)整激光束的出射方向。（2）在光源前方L1處垂直入射CCD靶面，通過(guò)軟件測(cè)量出相應(yīng)位置光斑直徑D1。（3）在后方L2處用同樣方法測(cè)出光斑直徑D2。（4）由于發(fā)散角度較小，可做近似計(jì)算，=D2-D1/L2-L1,便可以算出全發(fā)散角2。（二）高斯光束腰斑測(cè)量。（1）將He-Ne激光器開(kāi)啟，調(diào)整高低和俯仰，使其輸出光束與導(dǎo)軌平行?？赏ㄟ^(guò)前后移動(dòng)一個(gè)帶小孔的支桿實(shí)現(xiàn)。（2）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，
5、運(yùn)行BeamView激光光束參數(shù)測(cè)量軟件。（3）He-Ne激光器輸出的光束測(cè)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(cè)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)容的一部分）。（4）He-Ne激光器輸出的光束束腰位置的確定。前后移動(dòng)CCD探測(cè)器，利用激光光束參數(shù)測(cè)量軟件觀測(cè)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。（三）外腔He-Ne激光器偏振態(tài)驗(yàn)證在外腔He-Ne激光器的諧振腔內(nèi)由于
6、放置了步儒斯特窗，限制了輸出光偏振態(tài)為垂直桌面的線偏振，因此，可在輸出前方放置一個(gè)偏振片，通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振片來(lái)分析外腔He-Ne激光器激光的偏振方向。本實(shí)驗(yàn)所用半外腔HeNe激光器在輸出端設(shè)置有步儒斯特窗，因此為線偏振輸出。（1）調(diào)整半外腔HeNe激光器穩(wěn)定出光。（2）將偏振片垂直放入光路中，再放置CCD探測(cè)。（3）旋轉(zhuǎn)偏振片，觀察CCD的圖像，驗(yàn)證激光輸出光的偏振態(tài)。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：能不能利用現(xiàn)有的儀器設(shè)計(jì)另一種方法測(cè)量高斯光束的發(fā)散角？
