PDF《高斯光束束腰位置及尺寸的精确测量》

2 测量结果及分析 2.

1 束腰位置及束腰尺寸的测量 本文涉及的高斯光束参数测量步骤为

1 )从He?Ne激光器出来的激光经衰减片 衰减, 再经透镜 L e n s 1聚焦后作为待测高斯光束, 或者从 H e ? N e激光器出来的激光也可以直接作为 待测高斯光束.

2 )测量薄透镜 L e n s 2后面高斯光束的束腰位 置, 选定薄透镜 L e n s 2焦距值为 1=5 0mm, C C D 相机在薄透镜 L e n s 2后面记录不同位置 处的光 强分布, 从光强分布可以得到光束半径值ω, 实验 测得的

1、 2及ω

1、 ω 2结果见表1. 考虑到实验中的 C C D 相机的光束半径测量误 差为8mm. 将表1测量结果代入式( 1) 可以得到 透镜焦距1 为5 0mm 时, 薄透镜 L e n s 2后面聚焦 高斯光束的束腰位置 ′

0 1 为6 8.

2 0mm.

3 )更换薄透镜 L e n s 2的焦距值2 为3 0mm, 重复第二步的测量方法, 测得薄透镜L e n s 2后面聚 焦高斯光束的束腰位置 ′

0 2 为3 6.

0 0mm.

4 )确定 待测高斯光束的束腰位置和束腰半径. 将1=5 0mm, 獭01=6 8.

2 0mm;

2=3 0mm, 獭02=3 6.

0 0 mm 代入式(2) , 得到0=1

4 7.

7 0

2 3

4 西安工业大学学报第3 5卷mm, ω 0=1

1 1. 4mm. 表1 光束半径测量值及具体位置 T a b .

1 T h em e a s u r e m e n t r e s u l t so f b e a mr a d i u sa n dp o s i t i o n s 位置 / mm 光束半径ω / mm

4 0.

2 0 ( 1)

4 4.

2 0 ( 1)

4 8.

1 0 ( 1)

5 2.

2 0 ( 1)

8 4.

2 0 ( 2)

8 8.

3 0 ( 2)

9 2.

3 0 ( 2)

9 6.

3 0 ( 2)

2 6

4 2

3 2

2 1

6 1

8 4

1 9

2 2

1 6

2 4

0 2

6 4 2.

2 测量精度分析 为了证明此种方法的准确度, 根据式( 1) 可以 直接测得待测高斯光束( 透镜 L e n s 2前) 的束腰位 置 0, 然后在该位置直接测量束腰半径大小ω 0, 考 虑到 C C D 相机本身的分辨率, 束腰半径的测量结 果会有8mm 的误差. 实际测量的待测高斯光束束 腰位置 0和束腰半径ω 0的结果分别为1

4 8.

0 0mm 和1

1 2mm, 可以看出, 直接测量结果和本文提到 的方法测量结果一致. 测量精度高的原因做了如下 分析. 2. 2.

1 测量方法对测量精度的影响分析 本测量方法的核心思想在于测量不同位置处 高斯光束半径, 从测量结果中找出测量值相同的两 处位置, 根据高斯光束的对称性, 这两处位置的中 心即为高斯光束束腰位置. 高斯光束半径定义为光 束光强沿径向下降到中心光强的1 3. 6%所对应的 光束径向尺寸. 实际中, 高斯光束在传播过程中由 于介质的不均匀性会造成高斯光束的波前畸变, 即 实际中的高斯光束并不是标准的高斯光束, 从而导 致根据定义得到的高斯光束半径值会存在一定误 差, 常用高斯光束参数测量方法在反推过程中仍然 会用到此半径测量值, 从而使得推导结果存在较大 误差. 目前常见的波前畸变并不会对高斯光束的对 称性造成影响, 因此根据高斯光束的对称性确定其 束腰位置是一种标准方法, 反推过程中只用到束腰 位置, 则可以避免波前畸变带来的误差. 此外, 本方 法在比较高斯光束横向尺寸时, 无需按照光束........