激光束参数测量

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1、激光束参数测量实验报告课程名称红外与微光技术姓名学号一、实验名称：光束参数的图像测量二、实验目的1.掌握激光束光斑半径，光腰半径，发散角，光强分布图像测量技术;2.掌握高斯光束理论；3.了解半导体激光器等激光束的光强分布图像测量。三、实验原理激光束光强分布测量，以前采用小孔扫描或相纸曝光方法，精度差，不能实时观察光强分布。利用CCD相机队光强分布进行图像采集，根据图像数据对光束参数进行分析计算，有很高的精度，乂能实时观察。如图1所示，CCD激光光束分析系统包括激光器、CCD相机以及数据处理系统。数据处理系统对CCD输出的图像数据进行处理，计算岀激光束的重要参数

2、，并以一维、二维、三维方式显示光强分布。激光器衰减片CCD相机图像捕获卡计算机数据分析处理系统图1光束参数图像测量框图激光器输出光激光功率密度一般比较高，光强超出CCD量程范围，会对CCD探测器造成损害。所以测量过程中必须使用了衰减片，以保护CCD探测器。软件系统也可以帮助我们有效保护CCD探测器。在3维轮廓窗口的左边有一个按七色彩虹颜色排列的光亮度对比条，按照这个指示，我们很容易知道现在CCD相机正在接收到的激光强度是否已超出了其量程。如果光束图像中出现白色，则表示光强已快接近饱和，这吋应该减少激光器的输岀功率或增加衰减片来保护CCD相机。光斑半径的测量，按

3、照最大值的1/e计算。在计算之前先对所获得的光强图像分布平滑滤波处理，然后找出图像的灰度最大值和所对应的坐标值（计算机内图像的像素坐标），然后进行高斯拟合。光腰半径或共焦参数的测量，采用下面方法。在光轴上任意两个位置刃和z2测得光斑半径为wl和w2,则由此二式通过数值求解求出光腰半径％或共焦参数/,式中久为激光波长。求出共焦参数后，发散角由下式求出0=込(2)四、实验器材位移台、He・Ne激光器、半导体激光器、CCD相机、二维反射镜架、分光片、袞减片。五、实验内容1.拍摄并采集Ile-Ne激光束光强分布图像；2•测量光斑半径，观察光强三维分布；3.计算公焦参数

4、。六、实验步骤1.实验前盖紧CCD相机盖子，打开激光器的电源开关；2.调整光路，保证在位移台移动的过程中光束基木在CCD相机盖子的中心；3.加衰减片(从最大衰减率开始)，关闭门窗、窗帘和照明光源，直到人眼不能明显观察到光斑为止；4.启动软件，打开CCD相机盖子；5•测量激光束的参数，记录水平和垂直方向光斑直径以及平台位置；6.改变平台位置，重复测量光斑直径，直到平台不能移动为止；七、实验数据及结果分析:测量数据：He—Ne激光器波长为632.8nm。其中value为当前测试的光斑半径的测量值（按照最大值的1/e计算）；mean为光斑半径的测量值（按照最大值的1

5、/e计算）的平均值，radiu为光斑半经径mean/2；光腰半径是利用matlab中的solve函数和公式:△z=号—[J斫-&-J妙-&]-f(^o)再利用其它公式计算共焦参数和发散角。L(mm)X方向13.5%widthhorvalue(um)mean(um)radius(um)std光腰半径（um）共焦参数＜um）发散角rad96.01062.01068.87534.444.2781.62744.50990.002461011042.01044.49522.253.82475.71744.62330.000421061039.71042.75521.38

6、3.5985.95824.77180.002341111013.21011.77505.891.7069.67174.80870.002891161017.41034.87517.4421.58418.67164.83480.000481211004.01006.24503.122.40422.69184.98650.000471261004.51003.58501.791.81120.33225.01240.001671311000.51001.01500.511.90469.64395」0760.00042136985.0984.77492.391.194

7、20.13395」9970.00047141993.3983.50491.753.67153.51555.19250.00131146978.6986.00493.003.84315.98715.24550.00063151975.1973.54486.771.7381.62745.33980.00246156964.3968.70484.353.58L(mm)Y方向13.5%widthvervalue(um)mean(um)radius(um)std光腰半径(um)共焦参数(um)发散角rad96.01022.81023.84511.923.37260.17

8、264.83530.000774101