激光光束质量综合评价的探讨讲解
第３６卷第７期２００９年７月
国激光
ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＡＳＥＲＳ
中
Ｖ０１．３６，Ｎｏ．７
Ｊｕｌｙ，２００９
文章编号：０２５８—７０２５（２００９）０７—１６４３一ｉｉ
激光光束质量综合评价的探讨
冯国英１
周寿桓１’２
（１四川大学电子信息学院，四川成都６１００６４；２华北光电技术研究所，北京１０００１５）
摘要综述了现有的３类激光光束质量评价方法，即近场质量、远场质量和传输质量。主要的评价参数包括近场调
制度和对比度、聚焦光斑尺寸、远场发散角、衍射极限倍数口因子、斯特列尔比、环围能量比以及肝因子等。讨论了它们各自的适用范围、优点和局限性。提出了采用胼因子矩阵以表述光束的像散特性，给出了Ｍｚ因子的不变量。
关键词
激光技术；光束质量；膨因子；口因子
文献标识码Ａ
ｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２００９３６０７．１６４３
中图分类号ＴＮ２４８．１
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎＦｅｎｇＧｕｏｙｉｎ９１
ｏｎ
ＬａｓｅｒＢｅａｍ
Ｑｕａｌｉｔｙ
ＺｈｏｕＳｈｏｕｈｕａｎｌ＇２
，１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１００６４，Ｃｈｉｎａ、
＼
２
ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆＥｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｒｉｎｇ
ｑｕａｌｉｔｙ
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ｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｄ
ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙ
ｓｐｏｔ
ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄ
ｃｏｎｔｒａｓｔｒａｔｉｏｏｆｎｅａｒ—ｆｉｅｌｄ，ｆｏｃｕｓｅｄ
ｓｉｚｅ，ｆａｒ－ｆｉｅｌｄｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅ，ｔｉｍｅｓｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔｅｄｆａｃｔｏｒ８，Ｓｔｒｅｈｌｒａｔｅ，ｅｎｅｒｇｙｃｉｒｃｌｅ
ｔｈｅｍ
ｒａｔｅ，Ｍ２
ｆａｃｔｏｒ。
ｅｔｃ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅ，ｓｔｒｏｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｏｆｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｂｅａｍ
ａｒｅｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｕｓｅｄｉｎｅｖａｌｕａｔｉｎｇｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙｏｆｈｉｇｈ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｆｌｍａｔｒｉｘｏｆＭ２ｆａｃｔｏｒｆｏｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｎｇａｓｔｉｇｍａｔｉｃｂｅａｍ
ｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｖａｒｉａｎｔｖａｌｕｅｉｓｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ｌａｓｅｒ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙ；Ｍ２ｆａｃｔｏｒ；口ｆａｃｔｏｒ
１
引言
理性和适用性还不统一，存在一定的争议‘８￣２…。
与灯抽运的固体激光相比，全固态激光输出功率、光束质量、寿命等都大大提高，因此开辟了一系列新的重大应用，特别是在高能激光领域的应用。光束质量是全固态激光应用中的一个极其关键的参数，通常认为它是从质的方面来评价激光束的传输特性，对理论分析和激光器的设计、制造、检测、实际应用等方面具有重要意义。国内外学者长期关注有关激光光束质量，特别是高能激光光束质量的研究［１￣７］，力图建立既能简明反映物理实质，又能全面评价光束质量的标准。在激光的发展史上，针对不同的应用目的，人们对激光的光束质量有许多种定义，提出了不同的评价参数，主要有：聚焦光斑尺寸、远场发散角、斯特列尔比、衍射极限倍数卢因子、光
２光束质量评价参数
光束质量评价参数归结起来可分为近场质量、远场质量和传输质量３类。２．１近场光束质量
２．１．１
光强均匀度
光强均匀度可用于描述激光束近场分布均匀性，
定义为近场平顶区域平均强度Ｊ『。，。与峰值强度ｋ。之
比［２１～２５］
Ｕ—Ｊ。／，。。，，
（１）
Ｕ≤１，Ｕ越大，近场分布越均匀。光强均匀度可用于判断高功率激光系统的运行安全性。对高功率激光装置，一般要求Ｍ≥０．７。
２．１．２
束参数乘积、桶中功率（能量）和肝因子等。也形成
了多种检测方法［１￣７］。学术界对这些评价标准的合
收稿日期：２００９—０５—０４；收到修改稿日期：２００９—０５—２６光强对比度
光强对比度是对光束近场的统计参数，其定义为
基金项目：国家自然科学基金重大项目（６０８９０２０３）和固体激光国家重点实验室基金资助课题。
作者简介：冯国英（１９６９－＇７），女，博士，教授，主要从事新型激光技术方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｕｏｉｎｇ＿ｆｅｎｇ＠ｓｃｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
１６４４
中
国Ｃ一上Ｉ．ｖｇ√蚤（ｊ
ｚ—Ｉ，ｖｇ）２／Ｎ，
（２）
式中Ｎ为测量点数，，ｉ为第ｉ点的实测光强。Ｃ≥Ｏ，Ｃ越小，近场分布越均匀。光强对比度定量描述了近场光强分布的均匀性，是评价强激光光束质量的参数之一。对高功率激光装置，一般要求Ｃ≤ｏ．１。
２．１．３
波前分布的ＲＭＳ值
波前分布的ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ－ｍｅａｎ—ｓｑｕａｒｅｄ）的定义
为
ＲＭＳ一心瓦面面面可，㈤
式中Ｗ（ｘ，ｙ）为波前分布函数。该指标是对光束Ｅｌ径范围内的波前起伏量进行统计，以波长Ａ为单位。该指标与光束的散射关系密切，可用于衡量中高频噪声的扰动深度［２
６｜。
２．１．４
渡前梯度的ＲＭＳ（ＧＲＭＳ）［２７１
一阶导数，即下３Ｗ（ｘ，ｙ），型掣，可得综合波前梯
对波前分布函数Ｗ（ｘ，ｙ）分别求ｚ和Ｙ方向的
ｏｚ
ｏＹ
度
ｆ（ｘ，ｙ，＝～／ＦａＷ（ｘ，ｙ）１２＋［鼍产］２洲，
从而可得ＧＲＭＳ
ＧＲＭＳ＝抒瓦瓦习砸可㈣
ＧＲＭＳ可以准确反映低频相位畸变信息，与光束的聚焦特性密切相关，影响焦斑的主瓣。２．１．５近场功率谱密度
近场功率谱密度（Ｐｏｗｅｒ
ｓｐｅｃｔｒａｌ
ｄｅｎｓｉｔｙ，
ＰＳＤ）是一种基于傅里叶变换的评价方法，它给出了波前空间频率分布特性［２８‘。一维ＰＳＤ的计算公式
为
ＰＳＤ＝垮≠一
箐ＩＥＡ（行）ｅｘｐ（－－ｉ２ｎｎｍ／Ｎ）ｌ
２＇（６）
式中Ａ（挖）为采样线上的强度分布，Ａ（ｍ）为Ａ（，ｚ）
的傅里叶变换，Ｎ为采样点数，缸为采样间隔。
为反映整个样品表面的情况，一般需对多条采样线的ＰＳＤ值求平均，即将它们在相同频率上的ＰＳＤ值相加，然后再除以取样条数Ｌ，得到平均ＰＳＤ
ＰＳＤ。。＝∑ＰＳＤ。／Ｌ．
（７）
ＰＳＤ评价近场可给出调制度、对比度和特征频率等信息。调制度和对比度用于量化描述近场调制
万方数据
激
光
大小，特征频率用以描述近场的频域特征。ＰＳＤ与
ＧＲＭＳ结合，在ＩＣＦ激光驱动器中用于衡量光学元件以及光束波前的中高频噪声大小。
２．２远场光束质量
２．２．１
聚焦光斑尺寸和远场发散角
设激光沿ｚ轴传输，ｚ处的束半宽为Ｗ（２），则远场发散角臼（半角）定义为０＝ｌｉｍ里堕，
（８）
＝一∞
２
实际测量中，可用焦距为厂的透镜将光束聚焦，在焦面上的光斑半径为硼，，则可以用ｗｆ／ｆ来确定远场发散角。
聚焦光斑尺寸是指激光束经过聚焦光学系统后，在焦平面上所形成光斑的大小，是衡量光束质量的一种较为直观而简便的方法［２９￣３１］。设均匀平面波经过直径为２ｗ。的光阑，其振幅分布为
，（ｒ）＝ｃｉｒｃ（ｒ／ｗｏ），
（９）
聚焦后的艾里斑半径为
ＷＡ一０．６１丛．
（１０）
Ｗｏ
由此可知，因为衍射限制，只可将激光束聚焦到的Ｎ倍，则称该光束为Ｎ倍衍射极限。
聚焦光斑尺寸和远场发散角是较为直观而且简斯特列尔比Ｓ。
斯特列尔比（Ｓｔｒｅｈｌｒａｔｉｏ，Ｓ。）定义为实际光束ＳＲ一
ｓＲ≈ｅｘｐ『一ｆ孥△垂）２］≈１一ｋ２△扩，（１２）
Ｌ
、＾
，
Ｊ
式中ｃｉｒｃ为圆孔函数。经过焦距为厂的光学系统，波长Ａ的量级。若实际激光束聚焦光斑尺寸为ＷＡ便的衡量光束质量的方法，其优点是可以整体地反映光束质量，其缺点是不能反映光强空间分布。它们是可以通过外加光学系统（例如扩束透镜或望远
镜）改变的。因此，单独用远场光斑半径或远场发散角来评价光束质量是不够全面的，它不能作为一个本征量去说明光束质量，由此易引发争议。
２．２．２
轴上的远场峰值光强与具有同样功率、相位均匀的理想光束轴上的峰值光强之比，考虑到实际光场的振幅和相位分布，Ｓ。可表示为［１２１
式中Ａ（ｘ，ｙ）和ｐ（工，ｙ）为实际光束的振幅和相位分布。如波前畸变具有高斯分布，对小像差系统，斯特列尔比的表达式为
式中志△西为激光光束的波前差，Ａ为激光波长，ｋ一
７期
冯国英等：激光光束质量综合评价的探讨
１６４５
２ｎ／ａ为波数，△中为光程起伏的ＲＭＳ值。Ｓ。反映了远场轴上的峰光强，它取决于波前误差，能较好地反映光束波前畸变对光束质量的影响。Ｓ。≤１。５。越接近于１，表明能量越集中，光束质量越好。
Ｓｎ常用于大气光学中，主要用来评价自适应光学系统对光束质量的改善性能。Ｓ。对高能激光武器系统自适应光学修正效果的评价有重要作用，可在一定程度上反映某些光束焦斑上的能量集中度，还可以反映光束波前相位误差的大小，但
它作为光束质量评价标准的局限性也是很明显的，因为它只反映焦斑中央峰值光强，不能反映轴外的光强分布情况，而实际光束总是有各种各样复杂的轴外光强分布，５。不适于评价一般光束的光束质量。
２．２．３
桶中功率和桶中功率比
１）桶中功率桶中功率（Ｐｏｗｅｒ
ｉｎｔｈｅ
ｂｕｃｋｅｔ，ＰＩＢ），也称为
环围功率（能量），它表征光束的能量集中状态，反映了实际激光在远场的可聚焦能力。其定义为在远场给定尺寸的”桶”中包围的激光功率占总功率的百分比［３引。设“桶”的半宽度为ｂ，则有
；孥
。ｃ；挈
，
ＰＩＢ＝ｌｌ
Ｅ（ｚ，ｙ）Ｉ
２ｒｄｒｄＯ川ｌＥ（ｘ，ｙ）『２ｒｄｒｄＯＩ，
（１３）
不难看出，ｏ≤ＰＩＢ≤１；光束质量越好，ＰＩＢ越接近于
１。
２）桶中功率比
桶中功率比，也称为环围能量比或靶面上功率比，定义为：规定桶尺寸内理想光斑环围功率（或能量）与相同桶尺寸内实际光斑环围功率（或能量）比值的方根［１３｜。即
ＢＱ＝√器，或ＢＱ＝√甓，Ⅲ，
ＢＱ专门用于评价目标处强激光的光束质量，其特点是把光束质量和功率密度联系在一起，直观反映激光束在目标靶面上的能量集中度，对强激光与目标的能量耦合和破坏效应的研究有实际意义。ＢＱ综合了在激光能量运输过程中影响光束质量的包含大气在内的各个因素，是从工程应用、破坏效应的角度描述光束质量，是激光武器系统受大气影响的动态指标，对强激光与目标的能量耦合和破坏效应的研究有着非常实际的意义。２．２．４衍射极限倍数口因子
衍射极限倍数口因子是评价光学系统能量传输
万方数据
性能的重要指标之一［３３｜，能够较合理地评价光束质量，反映了实际激光束能量传输效率和可聚焦能力。在激光系统中，为了能在远场目标上获得高的辐照度，除了要求激光束要有高的功率，还要求激光束聚焦到远场目标上的光斑要
小，即光束在远场的功率集中度高。为使激光束具有小的远场发散角，首先要选择较短的激光波长和大的发射口径。当波长和口径确定后，卢成为激光柬到远场目标上的辐照度的决定因素，是光束可聚焦程度的量度。口值一般大于１；卢值越小，则光束质量越高。在使用聚焦光束或远场应用中，这是简明直观评价光束质量的参数之一。口因子与聚焦系统及光束束宽都无关，非常适合于不同光束之间的横向比较，在大型激光装置上得到了广泛采用。
１）基于远场发散角的口因子
口因子的定义式为
口＝０蚓／０ｉｄ．１，
（１５）
式中占ｒｅａ－为实际光束的远场发散角，０ｉ托．为理想光束的远场发散角。口越接近于１，光束质量越高；ｐ一１为衍射极限光束。
２）基于焦斑的口因子
衍射极限倍数口也可以用焦斑半径来定义
口一ｗ／ｗｏ，
（１６）
式中训和铷。分别为被测光束和理想光束通过同一聚焦光学系统后的焦斑半径。实际激光束的远场焦斑越小，口越接近于１，光束质量越好。
３）基于ＰＩＢ的口因子
卢值还可定义为
口一杉丽，
（１７）
式中Ａ。和Ａ。分别为桶中功率比ＰＩＢ＝６３％时，实际光束和理想光束所对应的面积［１３，２０］。
４）基于统计光学原理的口因子
基于统计光学原理，激光远场光斑形状可以用能量归一化的圆对称高斯函数表示Ｊ（占）＝瓜ｘｐ［一ｎ（Ｏ／ｄ）２］，
（１８）
式中口为角坐标，以Ａ／Ｈ为单位，Ａ为光波长，Ｈ为通光孔径；ｄ是该实际光束的发散半角，也以Ａ／Ｈ为单位，它决定了光束的发散大小和峰值亮度。ｄ与理想光束的发散角之比即为口因子。
５）基于ＢＱ的口因子
对理想高斯光斑，环围能量占总能量的比例为
≯｝
Ｆ（口）一Ｉ
Ｊ（口）ｄａ＝１一ｅｘｐ［－－ｎ（Ｏ／ｄ。）２］，（１９）
喘喘
１６４６
中国
激光
式中ｄ。为理想光束的发散角。由（１９）式可以求出对应于环围能量Ｆ（口）＝叩的角半径ｂ。（刁）为
对基模高斯光束，ＢＰＰ＝２／７ｃ≈０．３１８Ａ；对实际激光束，ＢＰＰ≥Ａ／兀。ＢＰＰ值越大，光束质量越差。
光束的空间束宽积（Ｓｐａｃｅ－ｂｅａｍ间频率域中的角谱半宽度的乘积。束参数积与空间束宽积的物理内涵是相同的，
ｂ。（呀）一ｄ。厂１丽Ｆ而．
卢＝６（７１）／ｂｏ（叩）一ｄ／ｄ。．
（２０）
ｗｉｄｔｈｐｒｏｄｕｃｔ），
若实际光束的发散角为ｄ，对应于环围能量Ｆ（口）一７的角半径为ｂ（叩），根据衍射极限倍数卢因子的定义，有
（２１）
是指光束在空间域中的半宽度（束腰半宽度）和在空
但需注意ＢＰＰ用的是远场发散角０，空间束宽积使用的是空间频域（角谱）半宽的Ａ倍。
６）综合光束质量
对高功率激光系统，人们往往关心在特定圆孔内的功率，则可采用综合光束质量（Ｖｅｒｔｉｃａｌ
ｑｕａｌｉｔｙ，ＶＢＱ）的定义［３４］
ｂｅａｍ
２．３．２肝因子和Ｋ因子
根据ＩＳ（）标准，肝因子定义为‘２ｍ］
肝一叫：硼：／（训。伽。），
或
Ｍ２一ｗ＇ｏＯ／（ｗ０００），
（２４）（２５）
ＶＢＱ＝、／ａ。／口Ｉ，
（２２）
式中口。定义为计算得到的理想光束在远场特定“桶”中的总功率。口，是测量得到的实际光束在该“桶”中的总功率。一般情况下，ＶＢＱ＞１；ＶＢＱ越接近于
１，光束质量越好。具体测量ＶＢＱ的方法是，用透镜将输出激光聚焦，直接测量透过焦平面上特定直径圆孔的功率。２００８年，诺一格公司演示了光束质量优异的３０ｋＷ激光输出，其综合光束质量ＶＢＱ达到２．１５［３０］。
上述６种口因子都主要适用于评价刚从谐振腔发射出的激光束，它是描述激光系统光束质量的静态性能指标，并没有考虑大气对激光的散射、湍流和热晕等作用。口值的测量依赖于光束远场发散角的准确测量，对探测系统要求较高。２．３光束传输质量
式中分子为实际光束的参数，分母为理想光束的参
数。肝因子的倒数，即光束传输因子Ｋ
Ｋ＝１／肝．
用二阶矩定义肝因子比阳为
肝一２ｋ￣／（ｚ｝）（斫）一（工。０。）２—
２ｋ￣／（工；）＜暖）一＜工：０２）２．
（２６）
（２７）
由于它同时考虑光束的近场和远场分布特性，且是一个传输不变量，被国际标准化组织（ＩＳＯ）推荐为评价光束质量的重要标准。在以基模高斯光束为理想光束的应用中，Ｍ２因子可作为“光束质量因子”来衡量光束质量。
对基模高斯光束，
Ｅ（ｚ）Ｅ１一ｅｘｐ（一ｚ２／ｗ：），
谱表达式为
￡（ｓ）＝Ｅ２ｅｘｐ（一７ｃ２∞：ｓ２），
（２９）（２８）
式中Ｅ为振幅，硼。为光场腰斑半径，对应的空间频
２．３．１柬参数积与空间束宽积
虽然束宽和远场发散角都可以通过光学系统来
改变，但对确定的光束，其束腰宽度撕和远场发散角
口的乘积（光束参数乘积，ｂｅａｍＢＰＰ）是保持不变的
ＢＰＰ＝Ｗ。０．
（２３）
ｐａｒａｍｅｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔ，
式中Ｅ２为频谱振幅，ｓ为空间频率，在傍轴近似下有
ｓ一＿ｓｉｎ０≈＿０，
＾
／Ｌ
（３０）
则光束的重心和二阶强度矩为
ｊ＝．ｆｃｚ，ｄｚ／ＩｆＩ（ｚ，ｄｚ］一ｏ，
ｚＪ
（３１）
ｚ＝。．ｆｃｚ—ｊ，２ｒｃｚ，ｄｚ／［．『Ｉ（ｘ）ｄｘ］一．『ｚ２ｅｘｐ（一２ｘ。ｚ）ｄｚ／ｃ７ｅｘｐ（一２ｘ。２）ｄ上］＝
其空间频域０，９重心和二ｇ＇ｒ矩为
五一ｊ．Ｊ（ｓ）ｄｓ／［．ｒｊ（ｓ）ｄｓ］一。，
（３３）
击＝－ｆ（ｓ一¨２ｍ油／Ｅｆ，（洲刁一．『＾ｘｐ（－－２／＇ｃ２婚２岫ⅢｅＸｐ（一２兀２如２岫］一蕊１，（３４）
万方数据
７期
冯国英等：激光光束质量综合评价的探讨
１６４７
式中Ｉ（ｓ，，ｓ，，ｚ）为，（ｚ，Ｙ，ｚ）在空间频率域中的傅里叶变换，而Ｏ＇ｏ。，％和仃。，，盯。分别为光腰处Ｘ和Ｙ方向上的空间域和空间频率域的光强分布的二阶矩（均方差）［３６］，它们与空间频谱宽度、远场发散半角和束腰半宽度的关系为
ＡＳ，＝２ａ。，（３５）ＡＳｙ一２ａｄ，
（３６）００：一２扫。，
（３７）００。一２ｋｒ，。，
（３８）Ｗｏ。（ｚ）一２００，（ｚ），（３９）Ｗｏ，（ｚ）＝２ａｏ，（２），
（４０）
式中Ａ为激光波长。在傍轴近似下，空间频率Ｓ：，Ｓ，与发散角０。，口，的关系为
ｓ。一半≈譬，（４１）
Ｓ，一＿ｓｉｎ
Ｏ，≈＿ＯＹ．
（４２）
对于标准的基模高斯光束，Ｗ。臼＝Ａ／７ｃ，ＷｏＷ；＝
１／７【。
可以证明，光束通过无像差光学系统时，光束的
肝因子是一个传输不变量，且肝≥１［３７｜。肝偏离
１越远，激光光束质量越差。
原则上用３个不同位置的束宽就可以计算出
肝因子，更多位置的测量是用来相互校核以减小误
差。沿传播轴ｚ测量光束在不同位置处的束宽半宽度Ｗ，用双曲线拟合确定光束的传输轮廓，最后确定光束质量因子。根据ＩＳＯ标准，为了保证测量精度，至少测１０次，必须有至少５次处于光束瑞利长度之内。束宽的双曲线拟合公式为硼２＝Ａｚ２＋Ｂｚ＋Ｃ，（４３）
式中Ａ，Ｂ和Ｃ为拟合系数。
可求出光束质量因子为
ＩＷ＝—、／Ａ面Ｃ－－万Ｂ—ｚ／４．
（４４）
肝因子有如下特点：
１）以理想高斯光束作为度量光束质量的基准，这对大多数追求基模工作的激光器来说更为直接和方便。
２）可用于评价不同波长、不同束腰半宽度、不同模式（含多模）激光的光束质量。
３）以二阶矩束宽定义为基础的肝因子在自
由空间中满足光束传输方程，特别适合于理论上处理有关光束质量的问题。除了用二阶矩定义的测量
结果外，不能称为肝。肝是光束传输因子（Ｂｅａｍ万方数据
ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ
ｆａｃｔｏｒ）而不是光束质量因子¨８｜。
４）肝因子和光束传输理论是建立在空间域和
空间频率域中束宽的二阶矩定义基础上的，并且
肝≥１。当系统包含有硬边光阑时，肝因子会变为
无穷大，即出现发散困难。需采用截断光束的Ｍ２因子口引。截断光束广义强度二阶矩经理想光学系统传输时，其传输规律仍满足ＡＢＣＤ定律［４“４¨。
肝因子主要反映光束的衍射性质，在某些实际应用中使用肝因子评价光束质量是不恰当的。Ｓｉｅｇｍａｎ也认为，肝因子相差不大的两束激光，按
照不同的应用目的，光束质量可能相差很大，甚至优劣互换位置ｎ２‘４３｜。并且，肝的测定需要完整的光强空间分布信息，对测量仪器要求较高，这限制它的实用性，特别是对于强激光不适合采用肝因子来
评价光束质量。例如，在激光约束核聚变中，要求尽可能均匀分布的光强剖面；由非稳腔产生的高能激光，输出光束一般不规则，将不存在“光腰”；对于能量分
布离散型光束，由二阶矩定义计算得到的光斑半径将与实际相差很远。因此，国内外的大型激光
装置上未采用肝因子作为评价标准，而是依据应
用目的有针对性地提出自己的评价指标口４￣４引。
２．３．３肝因子矩阵
在实际测量中我们发现对于非旋转对称光束，在不同的ｘｙ坐标轴取向上，相应的Ｍ：和Ｍｊ是不同的，在光斑的主方向上分别取最大和最小值，这说
明单纯用肝或Ｍ：和Ｍ；来描述激光束的光束质
量存在缺陷。文献［５］采用／Ｗ因子矩阵，即
ｒ肥一Ｍ！］
ｌ砭Ｍｉｊ表示了非旋转对称光束的光束质量。
以厄米一高斯光束ＴＥＭ。为例，设在ｚ，Ｙ方向的束半宽及其交叉项为硼。，Ｗ。，叫，，，远场发散角及其
交叉项为如，０。，Ｏｘｙ，光束重心位于ｊ一０，多＝０；
若光束相对于测量系统旋转角度ａ后，其光束重心、束半宽及交叉项、远场发散角及交叉项分别为
ｊ（ｚ）＝ｊＣＯＳ口＋夕ｓｉｎ口＝０，（４５）歹ｌ（２）＝一ｊｓｉｎａ＋夕ＣＯＳ口＝０，
（４６）
记，（ｚ）＝ｔｕ：（ｚ）ＣＯＳ２口＋∞‰（２）ｓｉｎ２口，
（４７）
硼２卿．（ｚ）＝弧２。（ｚ）ｓｉｎ２口＋叫２ｗ（ｚ）ＣＯＳ２口，
（４８）
弧２ｙｌ（ｚ）＝ＷＦＺ】（ｚ）＝［叫≥（名）一硼笔（２）］ｓｉｎ
Ｏ／ＣＯＳ口，
（４９）
屯．＝［（２ｍ＋１）ＣＯＳ２口＋（２ｎ＋１）ｓｉｎ２口］¨２０００，（５０）
口。．＝［（２ｍ＋１）ｓｉｎ２口＋（２ｎ＋１）ＣＯＳ２口］“２岛ｏ，（５１）以，．＝口，．＝￣／ｌ（ｍ一咒）ｓｉｎ２口ｌ０００．
（５２）
１６４８
中国进一步可求得一般取向的厄米一高斯光束的膨
因子矩阵的对角元和反对角元分别为
脏，＝脏ＣＯＳ２ａ＋峨ｓｉｎ２ｔ／，
（５３）峨．＝吧ｓｉｎ２ｔ／＋峨ＣＯＳ２口，
（５４）峨．一晦．＝（螈一峨）ｓｉｎｔ／ＣＯＳ口，（５５）
由上式直接可得旋转前后肝矩阵的主对角元之和
为一不变量，即
Ｍｚ＝。＋峨，＝Ｍ２＝＋峨＝Ｊ．
（５６）
３
讨论
３．１束宽的定义
确定肝因子的很重要的问题是确定光束的束
宽。常使用的几种束宽定义有：１／ｎ（ｎ常取ｅ，ｅ２，２等值）、环围功率（常选用８６．５％，６３％等值）、二阶矩、熵束宽㈨和高斯拟合束宽定义。Ｓｉｅｇｍａｎ提出的“４口准则”ｍ１通过一阶矩定光束中心（重心），二阶矩定束半宽，是比较严格的束半宽定义。
直角坐标系中，在ｚ处光束的重心坐标位置定义为
＋尹＋尹
Ｉ
ｘＩ（ｚ，Ｙ，ｚ）ｄｘｄｙ
ｊ＝鼍葺｝————一，（５７）
ＩＩ
Ｉ（ｘ，Ｙ，ｚ）ｄｘｄｙ
ｙ
５
．ｆ．ｆｙｌ（ｘ，ｙ，ｚ№ｄｙ＼＼Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄｘｄｙ
根据ＩＳＯ光斑半径的平方定义为光场分布均方差值的４倍，束半宽定义为
４
Ｊ－，（工一ｊ）２Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄｘｄｙ
ｗ：（ｚ）＝
，（５９）
，ｊ－Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ池ｄｙ
４
Ｊ．．『（ｙ一∥Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄｘｄｙＷ：（ｚ）＝
．（６０）
．『．ｆＩ（ｘ，ｙ，ｚ胁ｄｙ
Ｓｉｅｇｍａｎ基于空间频谱分析，证明了对于光束横截面上任意分布的实际光束，用光束强度分布的
二阶矩表示束半宽（即∥＝４ａ２），则光束束宽的变
化遵循传输方程‘２０］
万方数据
激光
谚（ｚ）＝伽缸＋膨＊（ｚ—ｚ。，）２，（６１）
７【训０７
、２
铷；（ｚ）２锄３，＋鸠毒乞￡（ｚ—ｚ。，）２，（６２）
式中ｚ。，和ｚ。，，硼。，和Ｗ。，分别是光束在ｚ和Ｙ方向上的光腰位置和束腰宽度。
柱坐标系中，束半宽定义为
２
Ｊ’．ｒＪ（ｒ，日，ｚ）ｒ３ｄｒｄ口
Ｗ２（ｚ）＝
（６３）
ｊｊ
Ｊ（ｒ，口，２），．ｄ，．ｄ臼
则光束束宽的变化遵循传输方程
Ｗ２（２）一Ｗ：＋Ｍ４（上１（ｚ—ｚｏ）２，（６４）
式中Ｗ。和ｚ。为实际激光束的束腰半宽度和束腰位置，Ｍ４为衍射极限倍数。可以证明，当束腰位于ｚ一０处，远场发散角为Ｏｏ。，束宽半宽度为Ｗ０。的光束经传输矩阵为ＡＢＣＤ的光学系统后，束宽半宽度ＷＯ：和远场发散角Ｏｏｚ为
（诚２＞＝Ａ２（硼毛）＋Ｂ２（锑。），
（６５）（谎：＞＝Ｃ２（硼５１）＋Ｄ２＜锑。＞．
（６６）
３．２桶系列
“桶系列”是具有规范尺寸的几个同心圆孔，也可选用具有规范尺寸的矩孔或方孑Ｌ。规范尺寸可取为理想光束远场光斑上的几个特征尺寸，或用几个规范的能量百分比所相应的光斑尺寸评价远场光束质量。在大型激光装置ＮＩＦ中，使用总能量的５０％，６３％，８０％，９０％，９５％等能量百分比作为规范“桶”［２州。
对直径为Ｈ的圆形光束，远场分布为
Ｉ（ｒ，一（等）２［半］２，
㈣，
式中，为远场距离，Ｊ，（Ｚ）为一阶贝塞耳函数，Ｚ一
是Ｈｒ／（ｚｆ）。可选取规范尺寸为理想光束衍射光斑各级暗环对应的桶中区域。例如，远场衍射角Ｏｏ＝０．５２Ａ／Ｈ对应的环围区域，包含了光束总能量的５０％；远场一级暗环衍射角Ｏｏ＝１．２２；ｔ／Ｈ对应的环围区域，包含了光束总能量的８３．８％；二级暗环衍
射角口一２．２３ａ／Ｈ对应的环围区域，包含了光束总能量的９１．１％；三级暗环衍射角臼＝３．２４；ｔ／Ｈ对应的环围区域，包含了光束总能量的９３．６％。
对长和宽的尺寸分别为ａ和ｂ的矩形光束，远场分布为
，＝Ｌ（业ｔ／）‘（学）２，
、
，
、
㈣，
正，
，
７期冯围英等：激光光束质量综合评价的探讨
１６４９
式中口＝７ｃ翘／（２ｆ），ｐ＝７ｃ如／＠厂）。在ｚ方向上，口＝７ｃ和一丌时出现第一暗点，则中央亮斑的半宽为△ｚ＝Ａｆ／ａ，衍射角为以一２／ａ；同理Ａｙ＝Ａｆ／ｂ，Ｏｙ—Ａ／６。对ＰＩＢ表示式积分可得，在Ｔ，Ｙ轴上４个第一暗点限定的方形区域内包含光束总能量的８１．９％；在ｚ，Ｙ轴上４个第二暗点限定的方形区域内包含光束总能量的９０．７％；在ｚ，Ｙ轴上４个第三暗点限定的方形区域内包含光束总能量的９３．９％。
对实际激光束，如板条激光输出的矩形光束，为了反映实际激光在远场的两个不同方向上的可聚焦能力，可定义缝中功率，即在远场给定尺寸的“缝”中包围的激光功率占总功率的百分比［５０。。设“ｚ方向缝”和“Ｙ方向缝”的半宽度为ａ和ｂ，则有
ＰＩ耳２等｝———一．『Ｊ．Ｉ阢∽Ｉ２捌ｙ
ｊＪＥ（ｘ，ｙ邛ｄｘｄｙ
∞６
（６９）
＂阢∽ｌ２捌ｙ
ＰＩＢ。＝
¨ＩＥ（ｚ，ｙ）Ｉ２出ｄｙ
不难看出：０≤ＰＩＢ…≤１；光束质量越好，ＰＩＲ．，越
大。
对ｚ方向（或Ｙ方向）的条状光束，对ＰＩ＆，。表示式积分可得，在ｚ（或ｙ）轴上两个第一暗点限定的狭缝区域内包含光束总能量的９０．５％；在ｚ（或ｙ）轴上两个第二暗点限定的狭缝区域内包含光束总能量的９５．２％；在ｚ（或ｙ）轴上两个第三暗点限定的狭缝区域内包含光束总能量的９６．９％。３．３理想光束的选取
值得注意的是衍射极限倍数与“理想光束”模型
的选取有关［】３｜。在Ｓｉｅｇｍａｎ的肝因子理论中，基
模高斯光束作为理想光束，其束参数乘积为傅里叶变换的极小值，这在理论上是自洽的，对某些应用也是合适的。但在实际工作中，如ＩＣＦ驱动器和高能激光的输运等，高斯光束并不是所追求的理想光束。理想光束模型应该根据实际情况而定，有的文献中采用平行平面波，有的采用超高斯光束，还有的采用与被测光束面积相同的实心或空心均匀光束为参考光。对同一实际光束，若理想光束有多种选取方法，这样得到的衍射极限倍数因子卢将会有不同的值，
万方数据
甚至出现“优于衍射极限”的实际光束。因此，“理想光束”应根据具体应用要求或实际光束的类型而定。３．４亮度与Ｍ２因子，卢因子的关系
通常，激光束的亮度Ｂ定义为
２南，（７０）
Ｄ
Ｂ
即亮度Ｂ表示了光束在单位面积ＡＳ，单位立体角△ｎ内的总功率Ｐ。又由于ＡＳ＝丌硼ｉ，△ｎ一丌俨，
（７１）
式中Ｗ。和口分别为光束聚焦光斑尺寸和远场发散角。根据（７０）式和（７１）式可得
Ｄ
Ｂ一而％，
（７２）
』ｒ』＾
进一步可得到
Ｂ。Ｃ
Ｐ佃４，
（７３）
可见，为提高激光系统的亮度，光束质量比输出功率更为重要。
３．５
相干与非相干光的光束质量比较
Ｓｉｅｇｍａｎ给出了相干和非相干光在远场的“桶中
功率”曲线哺１｜。由图１可知Ｌ１３【，若根据实际需要取不同的桶半径描述远场光束质量（能量集中度），相干光和非相干光的光束质餐谁为优是没有定论的，而
肝（相干光）一４．１３８，肝（非相干光）＝４．１５５。
文献［１３］给出了低阶ＬＰ模相干和非相干叠加后的光束质量。结果表明，非相干叠加时，高阶模成
分越大，肝越大，光束质量越差。而相干叠加时，
肝因子则与模叠加时的相位差有关，混合模的肝因子可大于高阶模成分的肝，如图２所示［６］。３．６桶中功率与膨矩阵的比较
作为计算例，在图３中给出了不同旋转角度下的
厄米一高斯ＴＥＭｏ。，ＴＥＭ…ＴＥＭ２２，ＴＥＭ３８，ＴＥ舰。，
ＴＥＭ。。，ＴＥＭ６，模。它们的桶中功率曲线和缝中功率曲线如图４所示。图４（ａ）中，ＴＥＭ。。，ＴＥＭ，。和ＴＥＭ。。的桶中功率曲线非常靠近，但这３种模式的模场分布及传输特性是完全不同的。由图４（ｂ）所示的在ｚ方向的缝中功率曲线可见，ＴＥＭ。。与ＴＥＭ。。和ＴＥＭ。。的缝中功率曲线分开了，但ＴＥＭ，。和ＴＥＭ。。的缝中功率曲线还是非常靠近。由图４（ｃ）所示的在Ｙ方向的缝中功率曲线可见，ＴＥＭ。。与ＴＥＭ。。和ＴＥＭ。。的缝中功率曲线也是分开的，但ＴＥＭ，。和ＴＥＭ。。的缝中功率曲线还是非常靠近。
１６５０中国激光３６卷
Ｒａｄｉｕｓ／ｍｍ
图１（ａ）６个高斯光束以六角形孔排列；（ｂ）相干和非相干光束桶中功率曲线
Ｆｉｇ．１（ａ）ＳｉｘＧａｕｓｓｉａｎｉｎｐｕｔｂｅａｍｓａｒｒａｎｇｅｄｉｎａ“ｂｏｌｔｈｏｌｅ”ｂｅａｍｐａｔｔｅｒｎ；（ｂ）ｐｏｗｅｒ—ｉｎ—ｔｈｅ－ｂｕｃｋｅｔ
ａｎｄｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔｃｕｒｖｅｓｆｏｒｃｏｈｅｒｅｎｔｂｏｌｔ—ｈｏｌｅｂｅａｍｓ
８
６
－
盆
基４
～
奄
２
Ｏ：◆５●
Ｏ２０４０６０８０１００
口肠
图２
Ｆｉｇ．２ＬＰ。．模与ＬＰ。ｚ模叠加后的肝因子随ＬＰ。ｚ模所占比例ｎ的变化。（ａ）非相干叠加；（ｂ）相干叠加（驴为相位差）Ｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｏｆｃｏｈｅｒｅｎｔｍｉｘｅｄｍｏｄｅｓｖｅｒｓｕｓｔ
ｈｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃａｒｒｉｅｄｂｙｔｈｅｈｉｇｈｅｒ—ｏｒｄｅｒ
ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｏｄｅ．（ａ）Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔａｎｄ（ｂ）ｃｏｈｅｒｅｎｔｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＬＰ０１ａｎｄＬＰｏｚｍｏｄｅｓ．出ｉｓｔｈｅｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ｔｗｏｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｍｏｄｅｓ
图３厄米一高斯光场ＴＥＭ０５，ＴＥＭｌ３（２５。），ＴＥＭｚ２，ＴＥＭ。８，ＴＥＭ；。（５０。），ＴＥＭ。ＴＥＭ６。的模场分布
Ｆｉｇ．３ＩｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＭ２一ｆａｃｔｏｒｏｆＨｅｒｍｉｔｅ－ＧａｕｓｓｉａｎＴＥＭ０５，ＴＥＭｌ３（２５。），ＴＥＭ２２，ＴＥＭ３８．ＴＥＭ４０（５０。），ＴＥＭ５＂
ＴＥＭ６ｌｍｏｄｅｓ
万方数据
７期冯国英等：
激光光束质量综合评价的探讨
１６５１
图４计算所得ＴＥＭｏｓ，ＴＥＭ，。，ＴＥＭｚｚ，ＴＥＭｓ８，ＴＥＭ。。，ＴＥＭ。。，ＴＥＭ。．模的桶中功率（ａ），ｚ方向的缝中功率（ｂ）和Ｙ方
向的缝中功率（ｃ）
Ｆｉｇ．４
Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ
ｃｕｒｖｅｓ
ｏｆ（ａ）ｐｏｗｅｒ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｂｕｃｋｅｔ。（ｂ）ｐｏｗｅｒ—ｉｎ－ｔｈｅ－ｘ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ—ｓｌｉｔａｎｄ（ｃ）ｐｏｗｅｒ－ｉｎ—ｔｈｅ－ｙ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ—ｓｌｉｔ
ＴＥＭ０５，ＴＥＭＩ３，ＴＥＭ２２，ＴＥＭ３８，ＴＥＭ４０，ＴＥＭ５４’ＴＥＭ６ｌｍｏｄｅｓ
ｆｏｒＨｅｒｍｉｔｅ－Ｇａｕｓｓｉａｎ
所得Ｍ２因子矩阵对角元素的轨迹曲线如图５１，可知该激光器输出激光的光束质量接近基模；由于激光增益介质采用板条形状，当增益系数不断增加时，输出光场呈明显的非旋转对称分布，在宽度方向上仍接近基模分布，而在长度Ｙ方向上出现高阶
所示。由图５可见，肝因子矩阵对角元随旋转角口
的变化轨迹呈圆形、椭圆形或８字形，根据该曲线可
中小学教育质量综合评价改革的现状与前瞻
中小学教育质量综合评价改革的现状与前瞻 2013年12月，继《教育部关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见》（以下简称《意见》）文件发布之后，教育部在全国遴选了30个实验区启动了中小学教育质量综合评价改革实验工作。从总体上来看，中小学教育质量综合评价改革经过四年的实践和探索，已经从关注怎么做到关注怎么做得更好更科学，从关注评价改革本身到关注质量管理体系建设，从关注技术层面到关注制度建设层面，各个实验区敢于尝试积极进取，工作推进卓有成效。但由于受外部教育评价环境以及传统评价观念、方法、习惯等因素的影响，仍存在一些误区和偏差，影响综合评价改革向纵深发展。本文在梳理当前实验区工作进展及存在问题的基础上，就中小学教育质量综合评价改革的未来发展方向进行展望。 一、中小学教育质量综合评价改革实验的进展 （一）探索并建立了一套工作机制 中小学教育质量综合评价改革是一项涉及面广、专业性强的系统工程，完成此项系统工程需要多层次、多部门的参与，也需要多方协同、资源整合、联合攻坚才能确保其得以顺利实施和高质量完成。因此，为确保改革的落地和推进，教育部和实验区逐步探索并建立了一套工作机制。 第一，初步厘清了国家、市县和学校各级机构的职责。国家层面负责顶层设计，整体工作推进，培训与指导，经验交流、总结与提炼。从2014年初开始教育部组织开展了多次覆盖所有实验区的宣传综合评价理念、指导指标体系细化、传播关键技术和方法、引领结果应用的培训及现场交流，并邀请相关领域专家及实验区代表开展深度座谈，总结第一轮次经验、规划深化改革的路径。实验区市县级层面抓统筹、显特色，明确相关部门的具体职责与工作任务，有针对性地采取措施帮助学校、教师改进学校管理和教育教学。学校层面谈校本，重视“过程性质量”，重视结果的应用与改进。 第二，实验区自主或委托第三方开展综合评价，积极建立工作机制推进改革实验工作。部分实验区尝试建立了以政府为主导、学校为主体、第三方评价专业机构为依托的实验工作模式。实验区正尝试将国家、地方、高校、科研单位等各方面的力量汇聚在一起共同开展此项工作，尝试建立以任务为中心、形式多样、根据需要灵活选择与退出的国际国内合作机制。 第三，部分实验区的学校逐步建立学校自我评估与改进的可持续发展机制。学校以《意见》为依据，结合学校和区域发展规划及每学年工作，有计划、常态化地开展自我评估，自下而上地发现问题与解决问题，使之成为学校管理的常规工作和学校改进的重要手段，建立自我诊断与改进的可持续发展机制。 第四，实验区正在逐步完善保障机制。部分实验区加强中小学教育质量综合评价制度建设，建立政府委托和购买服务的机制，为落实综合评价工作经费的配套要求及经费使用提供依据；并在年度教育经费预算中单设教育质量综合评价专项预算，从经费上保证该项工作的顺利开展。 （二）优化了综合评价指标体系 优化评价指标体系是中小学教育质量综合评价改革工作的重点，也是开展评价工作的依据，实验区花了大量的时间和精力，做了卓有成效的工作。 首先，结合各地实际，细化和完善评价指标体系，增强指标体系的可操作性。各实验区以《中小学教育质量综合评价指标框架（试行）》（以下简称《评价指标框架（试行）》）为基础，基本涵盖了5大方面20个关键指标，并进一步对这20个关键指标进行了内涵解析和操作化界定，直接用于指导测题的编制。除此之外，实验区还按照小学、初中和普通高中教育的不同性质和特点，将评价指标、考察要点和评价标准的内容要求细分为三个教育学段，构建起综合性立体化的综合评价指标框架。 其次，部分实验区尝试建立具有区域特色的评价指标体系。例如，广州市建立了基于核心素
激光光束质量参数测量的实验研究讲解
第24卷第6期 2000年12月激光技术LASERTECHNOLOGYVol.24,No.6December ,2000 激光光束质量参数测量的实验研究 赵长明 (北京理工大学光电工程系,北京,100081) 摘要:采用CCD系统实验测量了LD泵浦Nd∶YAG激光器的光束质量参数,研究了CCD系 统的背景噪声特性和积分区域选取对光束质量参数测量的影响,从实验数据中得到以下结论:(1)在有、无背景光两种条件下,背景记数强烈地依赖于曝光时间和像素的合并,温度影响可以忽略不计;(2)为获得M2合理的测量结果,至少要选择5%积分区域。 关键词:M2因子CCD摄像机光束质量Investigationontheexperimentalmeasurementoflaserbeamquality ZhaoChangming (Dept.ofOpticalEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing,100081) Abstract:ThebeamqualityofaLDpumpedNd∶YAGlaserismeasuredwithCCDcamerasyst em. ThebackgroundcharacteristicsoftheCCDsystemandtheinfluenceofthesizeofintegralboxup onmeasurementresultsareinvestigated.Thefollowingconclusionscanbederivedformexperi mentalresults:(1)Backgroundisstronglydependuponexposuretimeandpixelbinning,whilet emperaturehasanignorableeffectuponit,whetherwithorwithoutambientlight.(2)A5%2cuti stheminimumvalueinordertogetareasonableresult. Keywords:M2factor CCDcamera beamquality 引言 激光光束质量参数,即M2因子的测量是近几年研究的一个热点。ISO建议的测量方法包括两维面阵探测系统或二维单元扫描系统、套孔法、移动刀口法和移动狭缝法[1]。用以电荷耦合器件(CCD)为代表的面阵探测器件测量激光光束质量参数具有速度快、数据量大和易于计算机处理的优点,特别是对于脉冲激光的测量具有
激光光束分析实验报告讲解
激光光束分析实验报告 引言 1960年，世界上第一台激光器诞生。激光作为一种相干光源，以其高亮度、高准直性、高单色性的优点，一直在各种生产和研究领域发挥着重要的作用。 虽然激光具有上述优点，然而严格地说，激光并不是平面光束，而是一种满足旁轴近似的旁轴波。由稳定谐振腔发出的激光束大多为高斯光束，其主要参数为光束宽度、光束发散角和光束传播因子。由于这几个参数不同，不同激光束的质量也就有了差别，因此就需要制定评价光束质量的普适方法。常用来评价光束 质量的因子有：衍射极限倍数因子、斯特列耳比、环围能量比、因子和因子的倒数K因子（通常称为光束传播因子）。其中因子为国际ISO组织推荐的评价标准，也是我们在实验中采用的评价标准。 因子的定义为： 其中为实际光束束腰宽度，为实际光束远场发散角。 采用因子时，作为光束质量比较标准的是理想高斯光束。基模(模) 高斯光束有最好的光束质量，其，可以证明对于一般的激光光束有 。因子越大，实际光束偏离理想高斯光束越远，光束品质越差。当 高斯光束通过无像差、衍射效应可忽略的透镜、望远镜系统聚焦或扩束镜时，虽然光腰尺寸或远场发散角会发生变化，但光束宽度和发散角之积不变，是几何光学中的拉格朗日守恒量。 实验原理
如图选定坐标系。设光束的束腰位置为，束腰直径为，远场发散角为。为了简化问题，假设光束关于束腰对称，则可求出传播轴上任一垂直面上的 光束直径。光束传播方程的一级近似为： 光束的因子为： 其中n为传播介质折射率，为光束波长。对于束腰宽度和远场发散角， 可用如下方法测得。 本实验中，我们采用的CCD能够测量在柱坐标系中传播轴上任一垂直面上的光束能量密度函数。由于能量密度函数关于传播轴中心对称，故在分布函数中没有自变量。对于高斯光束，可以证明： 其中： 因此只要测出能量密度函数就可以求出传播轴上任一垂直面上的光束直径。 有了测量光束直径的方法后，分别在轴向位置处测量能量密度 函数，求出光束直径和，之后将其代入光束传播的一级近似方程
实验2.1直流电路分析和仿真 实验报告
实验2.1直流电路分析和仿真实验报告实验题目：直流电路分析和仿真 实验目的： 1.学习Multisim建立电路，分析直流电路的方法。 2.熟悉Multisim分析仿真模式中输出结果的常用后处理方法。 3.熟悉伏安特性的仿真测量。 4.通过实验加深对叠加定理和戴维南定理的理解。 实验内容： 1.测量二极管伏安特性 （1）建立如图所示仿真电路。 （2）通过操作的到二极管伏安特性曲线。
2.验证叠加定理 （1）建立如图所示仿真电路。 （2）仿真开关后分别在每种电源单独作用和共同作用时，用电压表测量个支路电压，记录在表格中，验证叠加定理。
可以发现，理论值与实际值十分接近，仿真模拟十分准确。 3.求戴维南等效电路 （1）建立如图所示仿真电路。
（3）用直流扫描分析方法求出a，b做端口的戴维南等效电路参数。让测试电流源从0变化到10mA，测量得到的扫描曲线，得到a，b端口的开路电压和等效电阻。 直流扫描分析： 导入excel，做出函数图像，求出其函数表达式为y=708.5x+8.25 则仿真结果的开路电压为8.25v，等效电阻为708.5Ω。 理论计算值为 V=15*330/（270+330）=8.25，R=560+270*330/(270+330)=708.5Ω。 两者相符。 4.验证最大功率传输定理 （1）建立如图所示仿真电路。
（2）选择simulate/analyses/parameter meter,设定R4阻值从500Ω变化到1.6k，步长为0.5，输出选择为R4的功率。启动分析仿真后得到R4功率随其阻值变化的曲线。 （3）打开测量游标，查找曲线最大值，得到最大功率值及其对应的负载电阻值。 其中最大功率值为24.016mW，对应的负载电阻为708.333Ω 思考：如何让软件自动寻找曲线的最大值？ 答：得到参数扫描分析图像后，点击曲线图中的属性，选择光标开，在点击选择数值，仅勾选max y，点击确定做出有光标的图像，再讲光标移到max y出，此时x的坐标即为所对饮的负载电阻值。 思考：在验证最大功率传输定理时，如何同时显示R4消耗功率和V1输出功率的曲线？ 答：在进行参数扫描时，在输出选项中，同时勾选p（v1）和p（R4）再进行仿真即可。
教育质量综合评价改革实施方案
教育质量综合评价改革实施方案岞山中心学校初中部
教育质量综合评价改革实施方案 为全面贯彻落实《中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》和教育部下发的《基础教育课程改革纲要(试行)》的精神，岞山中心学校初中部根据《教育部关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见》、《教育部办公厅关于做好中小学教育质量综合评价改革实验区工作的通知》、《潍坊市中小学教育质量综合评价改革实施方案》的有关要求，结合学校实际情况，制定本实施方案，切实建立有效科学的教学质量监控制度，扎实做好教育质量综合评价改革实验有关工作。 一、指导思想、基本原则和总体目标 （一）指导思想 全面贯彻党的教育方针，深入实施素质教育,遵循学生身心发展规律和教育教学规律，充分发挥教育质量综合评价的正确导向作用，促进学生的全面成长、教师的专业发展和学校的内涵提升，推动教育质量的优质均衡。 （二）基本原则 1、以生为本。以促进学生和谐、全面发展为核心，着力培养学生的人格品质、创新意识和实践能力。综合考查学生发展情况，既要关注学业水平，又要关注品德发展和身心健康；既要关注共同基础，又要关注个性特长；既要关注学习结果，又要关注学习过程和效益。 2、促进发展。注重发挥评价的引导、诊断、改进、激
励等功能，以科学的教育质量综合评价，促进学校的内涵发展，主动改进教育教学工作。 3、科学规范。遵循教育评价的基本要求，立足学校教育教学实际，保证评价内容和评价方法的科学合理，评价过程的严谨有序，评价工具的方便快捷，评价结果的真实有效，使教育质量综合评价逐渐走向专业化、规范化、科学化。 4、重点带动。为保障实验的有序性和有效性，遵循点面结合，重点带动的原则开展实验。选取部分年级作为实验对象，重点跟踪考查；对照指标，选择重点，进行测评。 5、突出个性。结合学校实际，针对存在的问题和薄弱环节，进一步细化评价指标考查要点，建立个性化的评价标准。在尊重共性的前提下，积极探索适合本校的评价方式方法和工作机制，逐步形成具有我校特色的评价模式。 （三）总体目标 构建以学生发展为核心、科学多元、基于学校自评的教育质量综合评价指标体系和评价标准；研发评价工具，建立内部评价和外部评价相结合的学校教育质量评价机制；健全学校评价结果使用机制，形成完善的评价工作机制。 二、具体内容 （一）构建基于学校自评的教育质量综合评价体系 1.制定评价指标体系和评价标准。 根据《中小学教育质量综合评价指标框架（试行）》和潍坊市小学教育质量综合评价体系，紧密结合我校已有的综合素质评价改革、绿色指标研究、学生体质健康监测、教师
关于强激光技术领域中光束聚焦特性的研究(精)
关于强激光技术领域中光束聚焦特性的研究 马学军，牟世娟 （沈阳理工大学理学院，辽宁沈阳１１０００１） 摘要：光束聚焦特性的研究可以使人们更深地认识光束的聚焦光强分布和聚焦过程中产生的其他现象，为实际工作中光束聚焦的应用以及光学系统设计等方面提供充分的理论依据。目前已经实现了将激光光束整形成平项光束或局域空心光束，并且可以把高空间相干激光变成部分相干光。关键词：强激光技术；光束聚焦；焦移中图分类号：ＴＮ２４８文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２００９）０４—０１００—０２ １９６０年第一台红宝石激光器的问世使高功率密度的光束成为现实。在一些实际应用中，如激光加工、惯性约束聚变等，要求功率密度更高、光斑更小的光束。对光束聚焦足提高光束功率密度、减小光束光斑的重要手段之一，在实际工作中得到广泛使用。因而强激光技术领域中对光束聚焦特性的研究成为很热门的课题。 在惠更斯一菲涅尔（衍射积分）原理（Ｈｕｙｇｅｎｓ—Ｆｒｅｓｎｅｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）或德拜积分表达式（Ｄｅｂｙｅｉｎｔｅｇｒａｌｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）基础上，早期Ｌｏｍｍｅｌ用Ｌｏｍｍｅｌ函数计算衍射积分研究了会聚球面波焦点附近的三维光强分布情况，并作出了圆孔衍射会聚球面波子午面上焦点附近的等照线图。得出强度分布关于焦平面是对称的，光束的光强主极大处于几何焦点位置的结论。 光束聚焦特性的研究可以使人们更深地认识光束的聚 焦光强分布和聚焦过程中产生的其他现象，为实际工作中 用中，部分相干光比完全相干光更具优越性。例如，部分 相干光在大气中传输时发散程度要比完全相干光小得多； 并且部分相干光束具有光强比较均匀，对散斑低灵敏等优点而被应用于激光核聚变等领域。此外。多横模的高功率激光光束可用部分相干光束描述。因此，对部分相干光束的聚焦所产生的焦移的研究变得十分重要。 随着激光技术的发展，光束整形技术也随之成为人们研究的热门课题。迄今为止，已经实现了将激光光束整形成平顶光束或局域空心光束等。局域空心光束是一种在聚 焦区域出现的中心光强较小。四周被光强较高的区域所包围一种特殊光束。近几年，有关局域空心光束的产生和应 用的研究已经成为一个很重要的课题，这种光束在原子引导、原子囚禁，以及光学镊子等方面都有广泛的应用。例如，光学偶极子陷阱，即局域空心光束，在远失谐的辐射
电路分析实验报告
电压源与电流源的等效变换 一、实验目的 1、加深理解电压源、电流源的概念。 2、掌握电源外特性的测试方法。 二、原理及说明 1、电压源是有源元件，可分为理想电压源与实际电压源。理想电压源在一定的电流 范围内，具有很小的电阻，它的输出电压不因负载而改变。而实际电压源的端电压随着电流变化而变化，即它具有一定的内阻值。理想电压源与实际电压源以及它们的伏安特性如图4-1所示(参阅实验一内容)。 2、电流源也分为理想电流源和实际电流源。 理想电流源的电流是恒定的，不因外电路不同而改变。实际电流源的电流与所联接的电路有关。当其端电压增高时，通过外电路的电流要降低，端压越低通过外电路的电 并联来表示。图4-2为两种电流越大。实际电流源可以用一个理想电流源和一个内阻R S 流源的伏安特性。
3、电源的等效变换 一个实际电源，尤其外部特性来讲，可以看成为一个电压源，也可看成为一个电流源。两者是等效的，其中I S=U S/R S或 U S=I S R S 图4-3为等效变换电路，由式中可以看出它可以很方便地把一个参数为U s 和R s 的 电压源变换为一个参数为I s 和R S 的等效电流源。同时可知理想电压源与理想电流源两者 之间不存在等效变换的条件。 三、仪器设备 电工实验装置： DG011、 DG053 、 DY04 、 DYO31 四、实验内容 1、理想电流源的伏安特性 1)按图4-4(a)接线，毫安表接线使用电流插孔，R L 使用1KΩ电位器。 2)调节恒流源输出，使I S 为10mA。， 3)按表4-1调整R L 值,观察并记录电流表、电压表读数变化。将测试结果填入表4-1中。 2、实际电流源的伏安特性 按照图4-4(b)接线，按表4-1调整R L 值，将测试的结果填入表4-1中。
中小学教育质量改革学习心得体会
中小学教育质量改革学习心得体会 教育究竟怎么改？教育究竟怎么评？ 近来，教育部印发了《关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见》，以扭转单纯以学生学业考试成绩和学校升学率评价中小学教育质量的倾向，中小学教育质量综合评价改革启动。我国将用一套全新的“绿色评价”体系为中小学校“全面体检”。我校组织了老师们学习了教育部的《关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见》以及刘涛局长在中小学教育质量综合评价改革动员会上的讲话。在老师们中引起了巨大的反响。 所谓“绿色评价”，包括《中小学教育质量综合评价指标框架(试行)》所提出的学生品德发展水平、学业发展水平、身心发展水平、兴趣特长养成、学业负担状况等5个方面20个关键性指标，目的是建立体现素质教育要求、以学生发展为核心、科学多元的中小学教育质量评价制度，促进学生全面发展、健康成长。我国中小学教育将进入“绿色GDP”时代。 教育评价是引领教育改革和发展的重要手段，是教育综合改革的关键环节。然而，在当前的教育评价领域，单纯以学生学业成绩和学校升学率评价中小学教育质量的倾向还没有得到根本扭转，带来了学生学业负担加重、综合素质及身心健康被忽视、创新能力缺乏等一系列负面影响。 长期以来，教育评价唯“学业分数”是瞻，使一些人认为“评价”、“考试”是与素质教育相反的词语，甚至认为唯有去除评价，教育才会健康发展。其实，问题出在教育评价并不科学。《意见》的出台，便是要自觉地引导评价去发挥积极的导向作用，其重要意义在于明确了教育评价在贯彻党的教育方针、落实立德树人根本任务方面的重要作用。 正是为了推进落实素质教育，树立正确全面的教育质量观，教育部印发了《关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见》，从教育评价的角度对促进学生全面发展做出了规定，旨在将品德、心理健康、兴趣特长以及学业负担等指标充分纳入教育质量的评价体系中来，发挥教育评价的导向作用，落实素质教育和促进学生全面发展的教育目标。可以说，教育评价改革是教育综合改革的抓手。 一般而言，关注教育评价，实则是对教育目标达成的关注。教育活动的结果，在教育活动开始之前，就以目标的形式存在于设计者的头脑里，引导着教育活动的全过程，教育目标既是教育活动的出发点，也是归宿。 换言之，不关注评价，就是不关注教育目标是否实现，就是对教育目标的漠不关心。正是在这个意义上，《意见》将评价改革作为“全面贯彻党的教育方针”、“落实立德树人
光束质量M2因子测试及分析实验报告
实验名称：光束质量M2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 M2 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 M2≥1，它说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M2>1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 式中为光束束腰宽，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ISOlll46—1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a i、b i；、c i后，就可以计算出相应的光束参数 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和Z0。从而求出激光器腰斑的大小和位置。 实验数据记录及处理 ①基模激光的拟合图像
原始实验数据 Waist Width X 0.538 mm Waist Width Y 0.583 mm Divergence X 3.374 mrad Divergence Y 3.304 mrad Waist Location X 232.03 mm Waist Location Y 233.64 mm M2 X 2.2532 M2 Y 2.3898 Rayleigh Range X 159.47 mm Rayleigh Range Y 176.33 mm Wavelength 632.8 nm Focal Length 100 mm Laser Location 507 mm Z-Position X Width Y Width mm mm mm 106.55 0.2303 0.21891
11级电路分析基础实验报告
11级电路分析基础实验报告 篇一：电路分析基础实验 实验一：基尔霍夫定理与电阻串并联 一、实验目的 学习使用workbench软件，学习组建简单直流电路并使用仿真测量仪 表测量电压、电流。 二、实验原理 1、基尔霍夫电流、电压定理的验证。 解决方案：自己设计一个电路，要求至少包括两个回路和两个节点， 测量节点的电流代数和与回路电压代数和，验证基尔霍夫电流和电压 定理并与理论计算值相比较。 2、电阻串并联分压和分流关系验证。 解决方案：自己设计一个电路，要求包括三个以上的电阻，有串联电 阻和并联电阻，测量电阻上的电压和电流，验证电阻串并联分压和分 流关系，并与理论计算值相比较。 三、实验数据分析 1、基尔霍夫电流、电压定理的验证。
测量值验证 (1)对于最左边的外围网孔，取逆时针为参考方向得：U1-U2-U3?20V-8.889V-11.111V?0故满足KVL。 (2)对于最大的外围网孔，取逆时针为参考方向得： U1?I5?R3-U2?20V?（-0.111?100）V-8.889V?0 (3)对于节点4，取流进节点的电流方向为正得： -I1?I2?I3?（--0.444）A?（-0.222）A?（-0.222）A?0 (4)对于节点7，取流进节点的电流方向为正得： -I3?I4?I5?（--0.222）A?（-0.111）A?（-0.111）A?0 理论计算值 U1?I1?（R1?R2//R3//R4） IU1204 1?（R?A?A 1?R2//R3//R4）459 I3//R4 2?R RR?I?1?4A?2 1A 2?R3//4299 I（I422 3?1-I2）?（9-9）A?9A IR1 312
教学质量综合评价改革解读教学文案
评价改革：开弓没有回头箭 ——中小学教育质量综合评价改革关键点详解《中小学教育质量综合评价指标框架（试行）》通过5个方面20个关键性指标，建立一套全新的中小学教育质量“绿色评价”体系，以切实扭转评学生看分数、评学校看升学率的倾向 教育质量评价是世界性难题。相对来说，我国起步比较晚，专业力量不足，实践经验较少，但是为了孩子们的全面发展健康成长，我们不能等。在大方向和长远目标明确的情况下，我们必须迎难而上，下决心推进这项改革，一边做，一边学，在实践的过程中，不断提升完善。 去年6月，教育部印发了《关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见》，就推进中小学教育质量综合评价改革进行了系统设计、全面部署。随后又确定全国30个地区为国家中小学教育质量综合评价改革实验区，启动了相关培训工作。评价改革只有在关键环节上取得突破，才能逐渐建立起新的质量综合评价体系。 关键点一细化评价指标体系 质量综合评价指标框架解决了有无的问题，但是不是科学合理，还需在实践中不断探索完善。 《中小学教育质量综合评价指标框架（试行）》，把学生品德发展水平、学业发展水平、身心发展水平、兴趣特长养成、学业负担状况5个方面20个关键性指标作为评价学校教育质量的主要内容。指标框架经反复研究论证，我们力求用这些指标反映每个方面评价内容，
同时又能够针对当前中小学教育中存在的突出问题和薄弱环节，解决我们面临的实际问题。 然而，我国各地经济社会和教育发展水平差异很大，各地具体情况千差万别，我们提出了综合评价的主要内容和一套评价指标框架，解决了有无的问题，但是不是科学合理、是不是符合各地的实际情况，还需要实践的检验，需要在实践中不断探索完善。 在实验过程中，各地可以根据本地区的区域特点对20个关键性指标和具体的考查要点进行调整完善，但是应当涵盖5个方面的内容，不能只选取其中的某一两个方面，特别是不能只考查学生的学科学习情况，要包括德智体美各方面发展情况，要重视学生个性发展的情况，要关注学生的负担,要体现党的教育方针的要求和素质教育的要求。以省为单位开展实验的，要以省为主完善指标体系。以地市为单位开展实验的，要以地市为主完善指标体系。 在初始阶段，各地可以将重点放到考查要点的细化完善上，可以针对小学、初中、高中的不同性质和特点研究提出相应的考查要点。一些指标如品德发展、身心健康、兴趣特长的有关指标，列出了考查要点，但还需要在实践中研究开发适宜的评价和测量工具，不断检验完善。 目前，考查评价指标和要点的标准，有些有相关的课程标准和政策依据，有的有明确的数量规定，如体质健康、作业时间、睡眠时间等，但有的只有原则性要求，目前还缺乏相应的具体标准和全国以及区域的常模，如学生品德发展、兴趣特长等。评价标准和依据的细化
实验四 激光纵模特性实验
实验四 激光纵模特性实验 一、实验目的 1. 了解F-P 扫描干涉仪的结构和性能，掌握其使用方法。 2-加深激光器物理概念的理解，掌握纵模分析的基本方法。 二、实验装置 共焦球面扫描干涉仪，高速光电接收器及其电源锯齿波发生器,示波器， 氦氖激光器及其电源。 三、实验原理 1、激光器的振荡模式 激光器内能够存在的稳定光振荡的形式称为激光模式。激光模式分为纵模和 横模两类。纵模描述了激光器输出光類率的个数；横模描述了在垂直于激光传播方向的平面内光场的分布情况。徼光的线宽和相干长度由纵模决定，而光束发散角、光斑直径和能量的横向分布则由横模决定。我们用符号来描述 激光谐振腔内电磁场的情况。代表横向电磁场，m 、n 下标表示沿垂直于传 播方向某特定横模的阶数，q 表示纵模的阶数。一般Q 可以很大，m 、n 都很小。角、光斑直径和能量的横向分布则由横模决定。我们用符号“TEM_q ”來描述 激光谐振腔内电磁场的情况。代表横向电磁场，m 、n 下标表示沿垂直于传播方向某特定横模的阶数，q 表示纵模的阶数。一般q 可以很大，m 、n 都很小。 2.激光器模的形成 激光器的三个基本组成部分是增益介质、谐振腔和激励能源。如果用某种激 励方式,将介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，由于自发辐射和受激辐射 的作用,将有一定频率的光波产生，在腔内传播,并被增益介质逐渐增强、放大。 被传播的光波决不是单一频率的（通常所谓某一波长的光，不过是光中心波长而 已）。因能级有一定宽度，所以粒子在谐振腔内运动受多种因素的影响，实际激 光器输出的光谱宽度是自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽迭加而成。不同类型的 激光器，工作条件不同，以上诸影响有主次之分。例如低气压、小功率的He-Ne 激光器632.8nm 谱线，则以多普勒增宽为主，增宽线型基本呈高斯函数分布，宽度约为1500MHz,只有频率落在展宽范围内的光在介质中传播时，光强将获得不 同程度的放大但只有单程放大，还不足以产生激光，还需要有谐振腔对它进行光学反馈，使光在多次往返传播中形成稳定持续的振荡，才有激光输出的可能。 而形成持续振荡的条件使谐振腔中往返一周的光程差应是波长的整数倍， 即：2nL=q λq 这正是光波相干极大条件，满足此条件的光将获得极大增强，其它则相互抵 消。式中，y 是折射率，对气体U^l ，L 是腔长，Q 是正整数，每一个Q 对应 纵向一种稳定的电磁场分布人q ，叫一个纵模，Q 称作纵模序数。Q 是一个很大 的数，通常我们不需要知道它的数值。而关心的是有几个不同的Q 值，即激光器 有几个不同的纵模。从式（1),我们还可以看出，这也是驻波形成的条件，腔内 的纵模是以驻波形式存在的，Q 值反映的恰是驻波波腹的数目。纵模的频率为 l c q v q μ2=?
电路分析实验报告-第一次
电路分析实验报告
实验报告（二、三） 一、实验名称实验二KCL与KVL的验证 二、实验目的 1.熟悉Multisim软件的使用； 2.学习实验Multisim软件测量电路中电流电压； 3.验证基尔霍夫定理的正确性。 三、实验原理 KCL为任一时刻，流出某个节点的电流的代数和恒等于零，流入任一封闭面的电流代数和总等于零。且规定规定：流出节点的电流为正，流入节点的电流为负。 KVL为任一时刻，沿任意回路巡行，所有支路电压降之和为零。且各元件取号按照遇电压降取“+”，遇电压升取“-”的方式。沿顺时针方向绕行电压总和为0。电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压降的代数和。 四、实验内容 电路图截图：
1.验证KCL： 以节点2为研究节点，电流表1、3、5的运行结果截图如下： 由截图可知，流入节点2的电流为2.25A，流出节点2 的电流分别为750mA和1.5A。2.25=0.75+1.5。所以，可验证ＫＣＬ成立。 ２.验证ＫＶＬ： 以左侧的回路为研究对象，运行结果的截图如下：
由截图可知，Ｒ３两端电压为２２.５Ｖ，Ｒ１两端电压为７.５Ｖ，电压源电压为３０Ｖ。２２.５＋７.５－３０＝０。所以，回路电压为０，所以，可验证ＫＶＬ成立。 一、实验名称实验三回路法或网孔法求支路电流（电压） 二、实验目的 1.熟悉Multisim软件的使用； 2.学习实验Multisim软件测量电路中电流电压； 3.验证网孔分析法的正确性。 三、实验原理 为减少未知量(方程)的个数，可以假想每个回路中有一个回路电流。若回路电流已求得，则各支路电流可用回路电流线性组合表示。这样即可求得电路的解。回路电流法就是以回路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。网孔电流法就是对平面电路，若以网孔为独立回
教育综合评价改革心得体会
学习中小学教育质量综合评价改革的心得体会 近期我校组织全校教师学习中小学教育质量改革，我在其中有这样的一些体会总结如下。 我觉得教育质量改革将标志着我国教育改革进入一个新的里程碑，它将像课堂教学形式的改革一样引起管理领域的一次深入的变革，同时改革将对教学改革起到强大的推动作用。从现阶段中小学教育质量综合评价改革体系来看，把学生的品德发展水平、学业发展水平、身心发展水平、兴趣特长养成、学业负担状况等方面作为评价学校教育质量的主要内容，而且进一步对这五项指标做了指导性的细化： 1.品德发展水平。行为习惯、公民素养、人格品质、理想信念等。 2.学业发展水平。知识技能、学科思想方法、实践能力、创新意识等。 3.身心发展水平。身体形态机能、健康生活方式、审美修养、情绪行为调控、人际沟通等。 4.兴趣特长养成。好奇心求知欲、爱好特长、潜能发展等。 5.学业负担状况。学习时间、课业质量、课业难度、学习压力等。 同时，对评价的方式方法、评价结果的使用都提出了具体的要求，尤其是评价结果的呈现，提出了“分项给出评价结论，提出改进建议，形成学校教育质量综合评价报告。综合评价报告要注重对学校优势特色和存在的具体问题的反映，不简单对学校教育质量进行总体性的等
级评价。”这样的指导意见对于多年来倡导的特色办学尤其是农村学校的特色办学将有拨云见日的作用。 传统的评价观是静态的、功利的。其目的主要侧重于选拔，并且将这一功能推向了极端。对学生评价有结论性歧视；过分关注成绩、业绩和升学率；教师以考试分数在学生群体中分层分等，导致一部分成绩不好的学生在学习过程中从没有获得过成功的体验，他们逐渐失去了对学习的兴趣和信心，造成了学生厌学、辍学人数增加。这种评价取向的结果是，只关注了少部分学生的发展，而忽视了大多数学生的发展要求。显然，这是不可能适应教育的发展和进步的，所以教育改革以成为现在不可不执行的趋势。 现在的评价的主要目的是为了全面了解学生的学习历程，激励学生的学习和改进教师的教学；应建立评价目标多元、评价方法多样的评价体系。对学习的评价要关注学生学习的结果，也要关注他们的学习过程；既要关注学生学习的水平，也要关注他们在学习活动中所表现出来的情感与态度，帮助学生认识自我，建立自信。 山雨欲来风满楼，树欲静而风不止。作为一个天兴中学的人民教师，我将认真学习教育改革的思想，全面的发展每一个学生，关注每一个学生的发展，
激光光束质量综合评价的探讨讲解
第３６卷第７期２００９年７月 国激光 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＡＳＥＲＳ 中 Ｖ０１．３６，Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ，２００９ 文章编号：０２５８—７０２５（２００９）０７—１６４３一ｉｉ 激光光束质量综合评价的探讨 冯国英１ 周寿桓１’２ （１四川大学电子信息学院，四川成都６１００６４；２华北光电技术研究所，北京１０００１５） 摘要综述了现有的３类激光光束质量评价方法，即近场质量、远场质量和传输质量。主要的评价参数包括近场调 制度和对比度、聚焦光斑尺寸、远场发散角、衍射极限倍数口因子、斯特列尔比、环围能量比以及肝因子等。讨论了它们各自的适用范围、优点和局限性。提出了采用胼因子矩阵以表述光束的像散特性，给出了Ｍｚ因子的不变量。 关键词 激光技术；光束质量；膨因子；口因子 文献标识码Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２００９３６０７．１６４３ 中图分类号ＴＮ２４８．１ ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎＦｅｎｇＧｕｏｙｉｎ９１ ｏｎ ＬａｓｅｒＢｅａｍ Ｑｕａｌｉｔｙ ＺｈｏｕＳｈｏｕｈｕａｎｌ＇２ ，１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１００６４，Ｃｈｉｎａ、 ＼ ２ ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｒｉｎｇ
ｑｕａｌｉｔｙ ｓｕｃｈ ａｓ １０００１５。Ｃｈｉｎａ ／ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓ ａｒｅ ｏｆｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｌａｓｅｒｂｅａｍｎｅａｒ－ｆｉｅｌｄ ｑｕａｌｉｔｙ，ｆａｒ—ｆｉｅｌｄ ｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙ ｓｐｏｔ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔｒａｔｉｏｏｆｎｅａｒ—ｆｉｅｌｄ，ｆｏｃｕｓｅｄ ｓｉｚｅ，ｆａｒ－ｆｉｅｌｄｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅ，ｔｉｍｅｓｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔｅｄｆａｃｔｏｒ８，Ｓｔｒｅｈｌｒａｔｅ，ｅｎｅｒｇｙｃｉｒｃｌｅ ｔｈｅｍ ｒａｔｅ，Ｍ２ ｆａｃｔｏｒ。 ｅｔｃ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅ，ｓｔｒｏｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｏｆｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｂｅａｍ ａｒｅｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｕｓｅｄｉｎｅｖａｌｕａｔｉｎｇｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙｏｆｈｉｇｈ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｆｌｍａｔｒｉｘｏｆＭ２ｆａｃｔｏｒｆｏｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｎｇａｓｔｉｇｍａｔｉｃｂｅａｍ ｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｖａｒｉａｎｔｖａｌｕｅｉｓｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ
湖南大学电路分析实验报告
HUNAN UNIVERSITY 电路分析实验 学生姓名 学生学号 专业班级 指导老师 完成日期
实验二KCL与KVL的验证 一、实验目的 1. 熟悉EWB软件的使用 2. 学习实验EWB软件测量电路中电流电压 3. 验证基尔霍夫定理的正确性 二、实验原理 KCL：对于任意一个总电路中的任一节点，在任一时刻，流进（或流出）该节点的所有支路电流的代数和为零 KVL：对于任意一个总电路中的任一回路，在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。 三、实验内容 1. 验证KCL，电路图如下所示： 2. 验证KVL，电路图如下所示：
四、实验体会 本次实验针对基尔霍夫定律进行了验证，分别验证了kcl与kvl定律。由上图实验内容可知，对kcl的验证中，流入上节点的电流XMM3与XMM1的和为13.548+3.871=17.419mA，正好等于流出该节点的电流XMM2的电流值17.419mA，kcl定律得证；在对kvl的验证中，取最外一层环路，计算电压降之和：-V1+U2+U3+V2+U4+U5=-12+3+(-3)+12+3+(-3)=0,kvl得证。 通过本次实验，我掌握到了电路分析软件的基本使用流程，自己真正意义上地动手操作完成电路实验，更加深刻地理解到了基尔霍夫定律的含义。起初使用Workbench,由于与电脑不太兼容，就换了Multisim,期间遇到少许麻烦，都是自己和同伴一起解决，在这之中学到了合作的重要性，实验为简单的验证性实验，完成过程中没有其他问题。
实验三回路法或网孔法求支路电流（电压）一、实验目的 1.熟悉EWB软件的使用 2.学习实验EWB软件测量电路中电流电压 3.验证网孔分析法的正确性 二、实验原理 网孔分析是以网孔电流作为第一步求解的对象，又称为网孔电流法。所谓网孔电流是一种沿着网孔边界流动的假想电流，列出KVL和支路的VCR从而解得各个支路电流电压的方法。其公式可以用如下表示： 四、实验内容 电路图如下所示，验证网孔分析法的正确性：
教育质量综合评价改革心得体会
教育质量综合评价改革心得体会 在学校的教育质量综合评价改革中，作为一名新课改的实施者，我们应当积极投身于新课改的发展之中，成为新课改实施的引领者，与全体教师共同致力于新课改的研究与探索中，共同寻求适应现代教育质量综合评价改革的新路，切实以新观念、新思路、新方法投入教学，适应现代教育质量综合评价改革需要，切实发挥新课改在新时期教育质量综合评价改革中的科学性、引领性，使孩子在新课改中获得能力的提高。 通过自学，我进一步了解和掌握了教育质量综合评价改革的发展方向和目标，反思了以往工作中的不足。作为一名中青年教师，我深知自己在教学上是幼稚而不成熟的，在教学过程中还存在太多的问题，但是经过这一段时间的学习，我相信自己是有所收获的。 教师的课程观不能停留在“课程即教材”这一层面上，课程也是师生共同构建学习经验的过程。课程不再是由专家编制、教师执行的，物化的、静止的、僵化的文本形态，课程也是师生在教学中共同创制的、鲜活的、过程性的、发展着的活动形态。课程不是一种结果，而是一种过程，更是一种意识。课程是教师与学生共同建构的一个艺术品。其次，课程是开放的、民主的科学的。所谓开放，是指课程的开发要全社会关心教育事业的人共同参与;课程要在实施过程中不断修改，不断趋向完善;课程的设计要为孩子个性的发展留有一定的空间。所谓民主，就是课程决策、课程编制的过程应该是对话式的;课程实施的过程也应该是师生交互并生成意义的过程。所谓科学，是指课程是孩子的课程，课程必须回归孩子世界、适应不同孩子的发展需要，使不同层次的孩子都能获得成功感。 教师要充分信任孩子，相信孩子完全有学习的能力。把机会交给孩子，俯下身子看孩子的生活，平等参与孩子的研究。教师把探究的机会交给孩子，孩子就能充分展示自己学习的过程，教师也就可以自如开展教学活动。那么，怎样调动孩子的“思维参与”呢?专家认为，应当创设情景，巧妙地提出问题，引发孩子心理上的认知冲突，使孩子处与一种“心求通而未得，口欲言而弗能”的状态。同时，教师要放手给孩子，给他们想、做、说的机会，让他们讨论、质疑、交流，围绕某一个问题展开辩论。教师应当让孩子充分思考，给孩子充分表达自己思维的机会，让学生放开说，并且让尽可能多的孩子说。这样，孩子自然就会兴奋，参与的积极性就会高起来，参与度也会大大提高，个体才能得到发展。 总之，作为一名一线教师，在教育质量改革的浪潮中要经常反思自己，思则变，变则通，要多读教育专著，不断更新自己的教育理念，遵循教育规律，做到既教书又育人。
高斯光束的特性实验
实验二 高斯光束的测量 一 实验目的 1.熟悉基模光束特性。 2.掌握高斯光速强度分布的测量方法。 3.测量高斯光速的远场发散角。 二 实验原理 众所周知，电磁场运动的普遍规律可用Maxwell 方程组来描述。对于稳态传输光频电磁场可以归结为对光现象起主要作用的电矢量所满足的波动方程。在标量场近似条件下，可以简化为赫姆霍兹方程，高斯光束是赫姆霍兹方程在缓变振幅近似下的一个特解，它可以足够好地描述激光光束的性质。使用高斯光束的复参数表示和ABCD 定律能够统一而简洁的处理高斯光束在腔内、外的传输变换问题。 在缓变振幅近似下求解赫姆霍兹方程，可以得到高斯光束的一般表达式： ()2 2 2 () [ ] 2() 00 ,() r z kr i R z A A r z e e z ωψωω---= ? （6） 式中，0A 为振幅常数；0ω定义为场振幅减小到最大值的1的r 值，称为腰斑，它是高斯光束光斑半径的最小值；()z ω、()R z 、ψ分别表示了高斯光束的光斑半径、等相面曲率半径、相位因子，是描述高斯光束的三个重要参数，其具体表达式分别为： ()z ωω= （7） 000 ()Z z R z Z Z z ?? =+ ??? （8） 1 z tg Z ψ-= （9） 其中，2 00Z πωλ = ，称为瑞利长度或共焦参数（也有用f 表示）。 （A ）、高斯光束在z const =的面内，场振幅以高斯函数2 2 () r z e ω-的形式从中心向外平滑的减小， 因而光斑半径()z ω随坐标z 按双曲线：
2 20 ()1z z Z ωω - = （10） 规律而向外扩展，如图四所示 高斯光束以及相关参数的定义 图四 （B ）、 在（10）式中令相位部分等于常数，并略去()z ψ项，可以得到高斯光束的等相面方程： 2 2() r z const R z += （11） 因而，可以认为高斯光束的等相面为球面。 （C ）、瑞利长度的物理意义为：当0z Z = 时，00()Z ω= 。在实际应用中通常取0z Z =±范 围为高斯光束的准直范围，即在这段长度范围内，高斯光束近似认为是平行的。所以，瑞利长度越长，就意味着高斯光束的准直范围越大，反之亦然。 （D ）、高斯光束远场发散角0θ的一般定义为当z →∞时，高斯光束振幅减小到中心最大值1e 处与z 轴的交角。即表示为： 00 ()lim z z z ωθλπω→∞ == （12） 三、实验仪器 He-Ne 激光器, 光电二极管, CCD ， CCD 光阑，偏振片，电脑 四 实验内容： （一）发散角测量 关键是如何保证接收器能在垂直光束的传播方向上扫描，这是测量光束横截面尺寸和发散角的必要条件。