《光束质量M2因子测试及分析实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光束质量M2因子测试及分析实验报告（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验名称：光束质量旌因子测试及分析实验目的1、了解M2因子的概念及M2因子评价光束质量的优越性；2、掌握M2因子的测量原理及测量方法；3、掌握测量激光器的腰斑大小和位置的方法。实验原理1988年，A.E. Siegman利用无量纲的量光束质量因子，较 科学合理地描述了激光束质量，并由国际标准组织ISO采纳。光束质 量因子又被称为激光束质量因子或衍射极限因子，其定义为M2=实际光束的束腰宽度和远场发散角的乘积 理想光束的束腰宽度和远场发散角的乘积M2因子定义式中同时考虑了束宽和远场发散角的变化对激光光 束质量的影响。在二阶矩定义下，利用与量子力学中不确定关系类似 的数学证明过程可得M2N1，它说
2、明小的束宽和小的发散角二者不可 兼得。当M2=1时，激光束为基模高斯光束；当M21时，激光束为多 模高斯光束。当激光光斑为圆斑时，光束质量因子M2可表示为A 4式中为光束束腰宽优，为光束的远场发散角，A为激光波长。根据国际标准组织提供的IS0111461的测量要求设计测试方 案。采用多点法测量光束质量因子，就是在激光束的传输方向上测量 多个位置处的激光参数。利用曲线拟合的方法求得各激光参数。CCD 通过数据采集卡连接到计算机，二阶矩定义的光束宽度通过编程确定， 在计算机上可以读到束宽的大小。对测量结果采用多点双曲线拟法拟合或抛物线拟合，求出按二阶矩定义束宽的传输方程中3个系数去、 b.；, c
3、.后，就可以计算出相应的光束参数束腰位置M财=束腰大小* 4m = 4传j -腮2压发散角：0. = lim A） _ j（e iQ） * 瑞利惶度m =学=土 /心一药对于束腰不可直接测量的激光柬（绝大多数激光器产生的激光都 是发散的），先要用无像差透镜进行束腰变换。实验测量两台会聚光 束He-Ne激光器（一台是基模的，一台是多模的）M2因子和其腰斑的 大小与位置、发散角及瑞利长度。根据透镜对高斯光束的变化规律， 可以根据以下公式算出心和z0。从而求出激光器腰斑的大小和位置。Cg(j + D(外Qr急(g)实验数据记录及处理基模激光的拟合图像Matt： Cwtra FflEati ls tl
4、w di Elancc ttfvtcii ht frarit. mrfac of th/ canttra honsinc md tb.t Ea-ut Fraciptil PIatia of th 臼 Foe lasing. Lar-eE-E-JiT2 35 3Z已S3骐DlQ13* .A3. 2743 3CNiSAi-EL l*lLd.Lh l/n)0. 536LI 583halEt LDC-ition (rn)232. S3233. fi-1.EbyLni 涕 BLimE l.m)159.47176. 33FocaL Ltnith (w JilF 口湖|如.1Uov CTiU-a to 4.
5、 IUA 14 C.tl OH ftdjiit filters m ncreairy 匚 s妣旭 FDsi ti dTi Enter TiTnbw cE flitrrs Pr42L StOTw !： th.4 0.tpeftl nntiL -at lti： 5 (vi Lhiii il整 iriJi4k Hjiqs jTiter lines An ikt ffrdph).IfixiL-Ccnipli-atcu vu-iiijig in RaEults. puil vill bik e mqv41 vEkIl all LSD f tlilLrirtti.t5 h 回e b w fulfill t
6、dm iiset心di理 nc-asurtnwiis Jw of thw #qbi) Jid.Lae*f Lacit i otiPrnber of f 1 ter3Z-loCitLODl ijlFiJ原始实验数据Waist Width X0.538mmWaist Width Y0.583mmDivergence X3.374mradDivergence Y3.304mradWaist Location X232.03mmWaist Location Y233.64mmM2 X2.2532M2 Y2.3898Rayleigh Range X159.47mmRayleigh Range Y176.
7、33mmWavelength632.8nmFocal Length100mmLaser Location507mmZ-PositionX WidthY Widthmmmmmm106.550.23030.21891116.550.214830.22191126.550.256710.27044136.550.304340.31553146.550.292060.30925156.550.322410.34863166.550.368970.40218176.550.40720.44172186.550.487550.5182196.550.547820.56461206.550.632070.6
8、8761216.550.693380.73035226.550.73240.76752236.550.812720.85872296.551.36941.4259346.551.79491.858拟合的X轴方向双曲线为，拟合得到的腰斑位置为116mm，大小为0.292mm；拟合的Y轴方向双曲线为，拟合得到的腰斑位置为112mm，大小为0.278mm；由以上数据，编写程序计算后可得：X轴方向的激光器腰斑大小和位置为 D：.C十十；.兀次方程德作I腰疆位置弟：376.033腰*K小dO： 0. 168972Process exited after 0. 03581 seconds with ret
9、urn value 0 请按任意链箍续一一.Y轴方向的激光器腰斑大小和位置为n= 丞：+、二元二次方程哄腰斑位SzO； 398.759糜斑大小颇0. 19169EProcess eiited a!:er 0. 0364S seconds with return value 0 谓茬任意健箍续.一.多模激光的拟合图像Hl1 M SquareGerthurL ramera to a mw lozadon2. Muse fiIxert as necessary3 Enter Csnrcn Praitlcn4. Enxer nuirber of fifters in 曰犯.5 Pres5 Store
10、to tht reading6. Repeal uhUI m Ihn 5 medsureirienis have been made d口说 to The Beann Waist Nvichin the inner lines rf tht graph! and 5 in the Far Field foe/md the outer lines m the graph).7 liiJon-Complianct warning in Results panel Vidll h t rtircrutd Vi+ten all ISD requirtirtHts have been fulfilled
11、N皿b; Camera P加Eon h die diunce between die fram surface of【he carrsra hausing and the Far Ftincipal Plane of 出巳 Focusing Lens.I I 回 bTJ Reaut?M2J355A2.1218DivergfiD! (mracO172flWaist Aidth (rrm)。何Yrtitc L)L3dan lirtrl743.27W.2LRavleigt Range (mnO1L9.6512L.&4Angle cr Rotatinn idtgl?L2Cur* Fating 叫切ks
12、KVWaiJtSMdth ImrilD.1BG0.19DDivrgfice (mrodlBJ9179JQ0?Yrtitc L)L3dan lirrrl1L9.20119.54-Ravlugl Range Emnfl?0.F：321D?IhECTV OfCWWEiLflGlos 汩 rvPrint实验结论实验测得的激光器基模光束X轴方向质量因子M2的值为2.2532, x腰斑位置z0x的值为376.033mm，腰斑大小dQ0x的值为0.168972mm； Y 轴方向质量因子My的值为2.3898,腰斑位置z0y的值为398.756mm， 腰斑大小dQ0y的值为0.191698mm.激光器多模光束质量因子MX的值 为 2.0554，M2 的值为 2.1228.
