激光束参数测量.doc

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1、激光束参数测量实验报告课程名称姓名学号一、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，又能实时观察。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

2、行处理，计算出激光束的重要参数，并以一维、二维、三维方式显示光强分布。激光器图像捕获卡CCD相机计算机数据分析处理系统衰减片图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

3、时应该减少激光器的输出功率或增加衰减片来保护CCD相机。光斑半径的测量，按照最大值的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z1和z2测得光斑半径为w1和w2，则（1）由此二式通过数值求解求出光腰半径或共焦参数，式中为激光波长。求出共焦参数后，发散角由下式求出（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、衰减

4、片。五、实验内容1.拍摄并采集He-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。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本在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；图2激光束参数系统测量图像捕

5、获卡位移CCD相机衰减片分束片透镜激光器七、实验数据及结果分析：测量数据：LX方向Y方向13.5％widthhor13.5%widthvervaluemeanradiusstd光腰半径发散角valuemeanradiusstd0246810121416182022241．以平台位置为横坐标，光斑直径为纵坐标作图；2．根据实验数据求出光腰半径；（1）导出求解公式:即以为判据，求解光腰半径和发散角。上表中已经填入的和发散角分别是相邻的两个刻度值对应的光斑直径求出的结果。（2）求出结果，设法验证结果正确性（已经填入数据测量

6、表格）：为了验证结果的正确性，应该取任意两个刻度对应的光斑半径求解出各个光腰半径，并进行分析。R1(um)对应刻度R2(um)对应刻度光腰半径(um)发散角（mrad）八、实验结论九、对本实验过程及方法、手段的改进建议：