光束質(zhì)量M2因子測試及分析實驗報告

1、實驗名稱：光束質(zhì)量M2因子測試及分析實驗?zāi)康?、了解M2因子的概念及M2因子評價光束質(zhì)量的優(yōu)越性；2、掌握M2因子的測量原理及測量方法；3、掌握測量激光器的腰斑大小和位置的方法。實驗原理1988年，A.E.Siegman利用無量綱的量光束質(zhì)量因子，較科學(xué)合理地描述了激光束質(zhì)量，并由國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO采納。光束質(zhì)量因子又被稱為激光束質(zhì)量因子或衍射極限因子，其定義為M2=實際光束的束腰寬度和遠場發(fā)散角的乘積理想光束的束腰寬度和遠場發(fā)散角的乘積M2因子定義式中同時考慮了束寬和遠場發(fā)散角的變化對激光光束質(zhì)量的影響。在二階矩定義下，利用與量子力學(xué)中不確定關(guān)系類似的數(shù)學(xué)證明過程可得M2$l，它說明小的束寬

2、和小的發(fā)散角二者不可兼得。當(dāng)M2=1時，激光束為基模高斯光束；當(dāng)M21時，激光束為多模高斯光束。當(dāng)激光光斑為圓斑時，光束質(zhì)量因子M2可表示為式中d胡為光束束腰寬仇，為光束的遠場發(fā)散角，A為激光波長。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)組織提供的ISOlll461的測量要求設(shè)計測試方案。采用多點法測量光束質(zhì)量因子，就是在激光束的傳輸方向上測量多個位置處的激光參數(shù)。利用曲線擬合的方法求得各激光參數(shù)。CCD通過數(shù)據(jù)采集卡連接到計算機，二階矩定義的光束寬度通過編程確定在計算機上可以讀到束寬的大小。對測量結(jié)果采用多點雙曲線擬法擬合或拋物線擬合，求出按二階矩定義束寬的傳輸方程中3個系數(shù)ai、bi；ci后，就可以計算出相應(yīng)的光束參

3、數(shù)束腰位置：頃二衆(zhòng)束除丈??；盅=孑之丿4碼c?一磅發(fā)散角*吐=lim/=y/c瑞利怏度細=牛遙如i對于束腰不可直接測量的激光柬（絕大多數(shù)激光器產(chǎn)生的激光都是發(fā)散的），先要用無像差透鏡進行束腰變換。實驗測量兩臺會聚光束He-Ne激光器（一臺是基模的，一臺是多模的）M2因子和其腰斑的大小與位置、發(fā)散角及瑞利長度。根據(jù)透鏡對高斯光束的變化規(guī)律，可以根據(jù)以下公式算出dx.和Z。從而求出激光器腰斑的大小和位置。=如二A刪Cqa+Dx=廣|廣g-+制字）實驗數(shù)據(jù)記錄及處理基模激光的擬合圖像Mote：CwtraFae:tirmlsth.diElanccttfvtciith亡frarit.mrfacofthi

4、-canttrabLonsmcsu.diktEa-utFYiucipfilPIatiaofLhaFoelasing.匚prti-E-W-電生Ee98TJiTW2353Z2.SBBDlvw5J.i.Po$itanrrfiiJLaEWTLodi：jtihUovC4TiU-ato4.IUA14C4.llOHftdjiitfiltersmncrea:-aryU如虻匚FgitimEnterTumbwoEflitrrsPr42LStOTw!：5LV4th.40.tpcfttrmtiLitlti：5(viQijnthwirin4tHjiqsjTiterlmcTAntktIfixiL-Ccnipliatcuv

5、u-iiijiginF；AEultp-uilvillbtemqv41vEkhallLSDftllLrirtti.t5bwfulfl11tdgiaser-adirignc-asurtnwiisk-ivtofthw駅呻h；i-kJid.Prnberoff1terU4in.d.1L&.氏.;106.550.23030.21891原始實驗數(shù)據(jù)WaistWidthX0.538mmWaistWidthY0.583mmDivergenceX3.374mradDivergenceY3.304mradWaistLocationX232.03mmWaistLocationY233.64mmM2X2.2532M2Y

6、2.3898RayleighRangeX159.47mmRayleighRangeY176.33mmWavelength632.8nmFocalLength100mmLaserLocation507mmZ-PositionXWidthYWidthmmmmmm116.550.214830.22191126.550.256710.27044136.550.304340.31553146.550.292060.30925156.550.322410.34863166.550.368970.40218176.550.40720.44172186.550.487550.5182196.550.54782

7、0.56461206.550.632070.68761216.550.693380.73035226.550.73240.76752236.550.812720.85872296.551.36941.4259346.551.79491.858擬合的X軸方向雙曲線為，擬合得到的腰斑位置為116mm，大小為0.292mm；擬合的Y軸方向雙曲線為，擬合得到的腰斑位置為112mm，大小為0.278mm；n.EZ/mmy=0.00003991x?-0.0DS73211m0.7291J26L由以上數(shù)據(jù)，編寫程序計算后可得：X軸方向的激光器腰斑大小和位置為IS3D:_C+二元二空方程，欲e蠟斑位置eS376

8、.033腰斑大小d0：0.16S972Processexitedafter0.03581secondswithreturn草呂lue0清按任意鍵唸續(xù).一一Y軸方向的激光器腰斑大小和位置為匿斑RSzO；398.759険斑大小dO：0.L9169BProcesseji.itedafler0.03648secondschreturnvalue0信採任意鎧泄繞.一-多模激光的擬合圖像叫MSquare翎IM1231規(guī)帥3M2232枕36Q2KIZ-PnsrHan|nrin)Y-BlufeGErtherL凹葉rameratoancvlozadon2.Musefilxertasnecessary3Enter

9、CsnrcnPraitlcn4.Enxertiuirberoffiftersinuj.5Pres?5trrctoatthtreading6.Repealuniilac1的已5medsureirienishavebeenmadetoTheBeannWaistNvichintheinnerlinesrfthegraph!and5intheFarFieldfoe/mdtheouterlinesmthegraph).7liiJon-ComplianctwarninginResultspanelmWhtrtircrutdVi+tenallISDrequirtirtHtshavebeenfulfilled

10、Nme;CameraPusiPorihdiediuncebetweendiefrarrtsurfaceM卄陀carrsrahausingandtheFarFtincipalPlaneofHi亡FocusingLens.More-.IhECTVOfCwmiiLfl|7ZisbTJReauk?M2J355A2.151SDivergc-riEC(rnracO3.720WaiitWidth(rrmj445如邸YrtitcLoudonlirml743.274-1.2LRavkigh口臼ng(mni)1L9.6512L.&4AngleofRotntinr!Idtgl?L2Cur*FfningnsulcsW

11、aiTtSVIdthtrnmilAD.1B61OJyDDivergence(mracfl6J179JQ0?YrtitcLoudonlirrrl1L9.2Q119.54Ravklghmnu?0.F：321.n?&trsllPBrsmsterswselengthEnnUF口calLength(rnrrLaserLocatjcnIrnrri)EharCurrtntMeaiurtmtHtCanraRwldon(miriNurrberoffilters632S2fl0479E-|QL3Tiflrilirrrl26A55PShowCurrentMsasure-mtntXT出&mWldrhmrrfl12391J3B5tdDevDJD7Q.0Q45hwPrintUnd