激光光束分析实验报告讲解
激光光束分析实验报告讲解
激光光束分析实验报告讲解一、引言激光技术作为一门先进的光学技术，在多个领域发挥了重要作用。
然而，激光光束的质量往往对于激光技术的应用起到至关重要的作用。
因此，分析和评估激光光束的质量是非常必要的。
本实验旨在通过激光光束分析仪对激光光束进行质量的分析和测量。
二、实验方法1.实验仪器及材料：本实验使用的主要仪器设备为激光光束分析仪，样品为激光发生器输出的光束。
2.实验步骤：（1）打开激光光束分析仪电源，进行预热，使其工作稳定；（2）将激光发生器的输出光束对准激光光束分析仪的输入接口；（3）通过调节仪器上的参数，如位置、角度等，使得光束在仪器内部的光学系统中传播；（4）观察并记录仪器显示屏上的结果，包括光斑直径、横向和纵向耦合效率等。
三、实验结果与分析本实验记录了多组光斑直径和横向耦合效率的数据，并进行了分析。
1.光斑直径光斑直径是评估激光光束空间质量的重要参数之一、通过激光光束分析仪测量得到的光斑直径数据如下表所示：实验次数，光斑直径（mm）---------，---------------1，2.032，2.113，2.054，2.085，2.01计算得到的平均光斑直径为2.05mm，标准差为0.039mm。
可以看出，激光光束的空间质量较好，并且稳定性较高。
2.横向耦合效率横向耦合效率是评估激光光束质量的又一个关键指标。
通过激光光束分析仪测量得到的横向耦合效率数据如下表所示：实验次数，横向耦合效率---------，--------------1，80%2，83%3，81%4，79%5，82%计算得到的平均横向耦合效率为81%，标准差为1.16%。
可以看出，激光光束的横向耦合效率较高，并且稳定性较好。
四、实验结论与讨论通过本次激光光束分析实验，得到了激光光束的光斑直径和横向耦合效率的数据，并进行了分析。
结果表明，激光光束的空间质量较好，并且横向耦合效率较高。
这对于激光技术的应用具有重要的意义。
然而，本实验数据的采集样本较小，为了更准确地评估激光光束的质量，可以增加样本数量，并进行更详细的数据分析。
高效的激光实验报告
高效的激光实验报告实验目的本次实验旨在验证激光光束的特性和研究激光与材料的相互作用过程，以增进对激光技术的理解。
通过本实验，我们希望了解激光在不同材料中的透过性、反射性和散射性，并研究激光对材料的加热效应。
实验器材- 激光器- 透镜组- 检测器- 不同材料的样品- 温度计- 实验数据记录器实验步骤1. 将激光器放置在合适的位置，并根据实验要求调整其功率和波长。
2. 使用透镜组对激光进行聚焦，使光束能够尽可能集中。
3. 使用检测器测量激光穿透不同材料样品的能力，并记录数据。
4. 将激光通过不同材料样品反射，并测量反射光的强度。
5. 在以上实验基础上，研究激光在不同材料中的散射情况，并记录数据。
6. 改变激光的功率，并测量不同功率下材料的加热情况。
7. 分别对不同材料的加热过程进行实验记录，并分析结果。
实验结果分析通过实验数据分析和对实验过程的观察，我们得出以下结论：1. 激光穿透能力：不同材料对激光的透过能力不同，一般来说，颜色较浅的材料对激光的透过性较好，而颜色较深的材料对激光的吸收较强。
2. 激光反射性：不同材料对激光的反射率也不同，光滑的表面会导致激光的反射率较高。
3. 激光散射性：激光在材料中的散射程度与材料的质地和表面粗糙度有关，表面光滑的材料会导致激光散射较小。
4. 激光加热效应：激光在材料中产生的加热效应与激光功率和时间有关，功率较高和照射时间较长会导致材料加热较多。
实验结论通过本次实验，我们验证了激光的透过能力、反射性、散射性和加热效应，并了解了激光与材料的相互作用过程。
这些实验结果对激光技术应用、材料加工和光学研究有一定的指导意义。
实验总结本次实验采用高效的实验流程和合适的实验装置，成功完成了对激光特性的研究。
实验过程中，我们注意了安全措施，并正确操作了实验器材。
在实验结果分析中，我们意识到实验数据的精确度和准确性对于结论的得出是至关重要的，因此，今后的实验中我们将进一步提高实验操作的准确性和数据记录的精确度。
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InvestigationontheexperimentalmeasurementoflaserbeamqualityZhaoChangming(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。
实验报告——激光束光学特性的实验测量
实验报告一、实验题目：激光束光学特性的实验测量 二、实验内容及部分原理：测量激光束质量因子M2、光束束腰大小w0、位置z0和光束远场发散角 高斯光束在自由空间的传播满足方程（1）()1202202=-Zz wz w（1）方程（1）中， λπ2020w Z=称为瑞利尺寸或共焦参数。
沿光轴方向，任一位置z 处的光斑半径可由公式（2）描述()()2020202z z ww z w -⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （2）其中，w 0是光束的束腰半径，λ 为光波长，z 0 是束腰的位置。
激光束质量因子M 2作为评价参量， 其定义为远场发散角理想高斯光束腰束宽度远场发散角实际光束束腰宽度⨯⨯=2M（3）具体表示为 λθπ02W M=（4）其中，W 0是实际光束的束腰半径，θ 是其远场发散角。
因此，对于实际激光束，其光斑方程可以写为 ()()20204202z z WM W z W-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （5）公式（4）和（5）可以取x 和y 方向分量表达形式。
λθπλθπyy yxx xW MW M002002,==（6）()()20204202x x x xx z z WM W z W -⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （7）()()20204202yy y yy z z WM W z W -⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （8）因此，依据公式（4）或（6），M 2的测量归结为光束束腰半径W 0和远场发散角θ 的测量确定。
为了在测量中确定光束的有效宽度W ，目前多采用光功率分布的二阶矩测量法。
()()()()z z W z z W yy xx σσ2,2== （9）其中，()()z z y xσσ和称为光功率函数的二阶矩，定义为()()()()⎰⎰⎰⎰⋅-=dxdyy x I dxdyy x I x x z g x,,22σ（10）()()()()⎰⎰⎰⎰⋅-=dxdy y x I dxdyy x I y y z gy,,22σ（11）由于实际测量是逐点进行的，因此，公式（10）和（11）可变换为离散形式()()()[]()∑∑⋅-=ii i ii i gixy x I y x I x xz ,,22σ（12）()()()[]()∑∑⋅-=jj jjj j gjyy xI y x I y yz ,,22σ（13）其中，y g 是光束横截面的重心。
(完整word版)激光光束分析实验报告讲解
激光光束分析实验报告引言I960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、：■二因子和匸因子的倒数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。
工：因子的定义为：远场发散韬x实际光束束腰直径TT亠M2 = ------------------------------------- = —% 0远场发散角X理想高斯光東東腰直径曲其中乩良为实际光束束腰宽度，=为实际光束远场发散角。
采用矗肚因子时，作为光束质量比较标准的是理想高斯光束。
基模1模）高斯光束有最好的光束质量，其二二可以证明对于一般的激光光束有■•-上-。
--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住性於不变，马曲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二，束腰直径为洛「,远场发散角为二。
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$/严》。
光束传播方程的一级近似为：光束的•二因子为：4入匚其中n为传播介质折射率，緞为光束波长。
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二•-。
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二自变量。
激光医学实验报告
一、实验名称激光医学实验二、实验目的1. 了解激光在医学领域的应用。
2. 掌握激光医学实验的基本操作方法。
3. 分析激光对生物组织的影响。
三、实验原理激光是一种高度集中的光束，具有单色性、方向性好、亮度高、相干性强等特点。
在医学领域，激光广泛应用于切割、凝固、烧灼、消毒、美容等方面。
四、主要仪器与试剂1. 激光治疗仪2. 光功率计3. 生物组织样品4. 显微镜5. 激光切割刀片6. 激光凝固器7. 激光烧灼器8. 生理盐水9. 纱布五、实验步骤1. 激光切割实验（1）将生物组织样品固定在载玻片上，置于显微镜下观察。
（2）打开激光治疗仪，调整激光功率至合适值。
（3）将激光切割刀片放置在生物组织样品上，启动激光切割功能。
（4）观察激光切割过程中的生物组织变化，记录实验数据。
（5）用显微镜观察切割后的生物组织，分析激光切割效果。
2. 激光凝固实验（1）将生物组织样品固定在载玻片上，置于显微镜下观察。
（2）打开激光凝固器，调整激光功率至合适值。
（3）将激光凝固器放置在生物组织样品上，启动激光凝固功能。
（4）观察激光凝固过程中的生物组织变化，记录实验数据。
（5）用显微镜观察凝固后的生物组织，分析激光凝固效果。
3. 激光烧灼实验（1）将生物组织样品固定在载玻片上，置于显微镜下观察。
（2）打开激光烧灼器，调整激光功率至合适值。
（3）将激光烧灼器放置在生物组织样品上，启动激光烧灼功能。
（4）观察激光烧灼过程中的生物组织变化，记录实验数据。
（5）用显微镜观察烧灼后的生物组织，分析激光烧灼效果。
六、实验结果与分析1. 激光切割实验实验结果显示，激光切割后的生物组织边缘整齐，切割深度适中，无明显损伤。
激光切割过程中，生物组织样品出现收缩、炭化等现象。
2. 激光凝固实验实验结果显示，激光凝固后的生物组织呈现凝固状态，凝固区域界限清晰，无明显损伤。
激光凝固过程中，生物组织样品出现收缩、炭化等现象。
3. 激光烧灼实验实验结果显示，激光烧灼后的生物组织呈现烧灼状态，烧灼区域界限清晰，无明显损伤。
激光光束质量分析与参数测量实验
维普资讯
第５ 卷
第３ 期
Ｅｐｒ ｅｔ ｃ ｎｅ ｅｈｏ ｇ ｘｅ ｍ ｎ Ｓｉ ｃ ＆Ｔｃｎｌ ｙ ｉ ｅ ｏ
・ ５・ ２
种 系统 误差 口 。这个 系统 中对 数据 处理 系 统 的要 ｊ
随机因素都将包含于一张看似较 暗的图像之 中。在 后期软件进行数据处理时 ，采用二次测量 相减法 ，
通过程序把背景信号从激光光斑 图像中减去 ，以此
减 小背 景信 号 的影 响。
３２ 数 据计 算处 理结 果 ．
最大功率密度 的 １ｅ ／ 处的宽度定义束宽。激光发
散 角 的测 量一 般不 在 近场进 行 ，因为任何 光强 模式 的角度 分 辨率 随着 发散 距离 的增 加而 增加 ，近 场 的 测 量不 准 确 。 因而 ，我们所 指 的发散 角也 应该 是指 远 场条 件 下测 量 的 ，远场 图样 能确切 地表 达激 光束
３ 实验激光光束 光腰 半径的确定
３ １ 数 据 处理 方 法 ．
激 光 器输 出激 光光 束通 过滤 光片 和衰 减片 ，之
光。每次进行测的情况下进行测量。这样
Ｃ Ｄ的暗 电 流 以及 尚 未 完 全 排 除 的背 景 杂 散 光 等 Ｃ
比较大 。
将 ＝Ｔ 。Ａ代人式（ ） １２ ／ １ ，并变形解出 。
：
Ａ＼ ０ 卜 ｌ ｆ９ 『 ／ ＼
．
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（ ２ ）
对 于 ２个 不 同位置 Ｚ Ｚ，有 ： １
Ｉｌ－ｚ １ ｚ ２ ＝ 一
√ 】㈩ ㈡一
］ ） （ ｇ。 ４ （ ）
一
（） 。 ＋ ＝ √１
求解 光腰半 径 。
（） １
个 按七 色彩 虹 颜色 排列 的光 亮度 对 比条 ，按照这
激光实验报告讲解
激光实验报告He-Ne 激光器模式分析一．实验目的与要求目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。
对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。
要求：用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。
二．实验原理1.激光模式的一般分析由光学谐振腔理论可以知道，稳定腔的输出频率特性为：L C V mnq η2=[1q (m 2n 1)+++π]cos -1[(1—1R L)(1—2R L )]1/2 (17)其中：L —谐振腔长度； R 1、R 2—两球面反射镜的曲率半径；q —纵横序数； m 、n —横模序数； η—腔内介质的折射率。
横模不同（m 、n 不同），对应不同的横向光场分布（垂直于光轴方向），即有不同的光斑花样。
但对于复杂的横模，目测则很困难。
精确的方法是借助于仪器测量，本实验就是利用共焦扫描干涉仪来分析激光器输出的横模结构。
由（17）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为：)(12'':n m L C n m mn ∆∆πηυ∆+=cos -1[（1－1R L ）(1－2R L )]1/2（18） 其中：Δm=m －m ′；Δn=n －n ′。
对于相同的横模，不同纵模间的频差为q LCq q ∆ηυ∆2':=其中：Δq=q －q ′，相邻两纵模的频差为LCq ηυ∆2=（19）由（18）、（19）式看出，稳定球面腔有如图2—1的频谱。
（18）式除以（19）式得cos )(1'':n m n m mn q ∆∆πν∆∆+=-1[(1－1R L )(1－2R L )]1/2（20）设：qn m mn υ∆υ∆∆'':=； S=π1cos -1[(1－)]1)(21R L R L -1/2Δ表示不同的两横模（比如υ00与υ10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之比，于是（20）式可简写作：Sn m ∆=∆+∆)( （21）只要我们能测出Δ，并通过产品说明书了解到L 、R 1、R 2（这些数据生产厂家常给出），那么就可以由（21）式求出（Δm +Δn ）。
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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
中，得到方程组：
由该方程组可以求出束腰直径与远场发散角。
在光束波长已知的情
况下，就能求出因子。
本实验还要求测量高斯光束的瑞利距离和焦深。
轴上光强降为束腰光强一半的位置称为瑞利距离，轴上光束直径增加为束腰直径的倍的位置称为焦深。
瑞利距离和焦深都能通过CCD容易地测得。
实验内容
利用型激光光束分析仪分析半导体激光器的激光束，测量束腰直径、远场发散角、因子、瑞利距离、焦深等数据。
实验所用仪器：激光光束分析仪
实验步骤：
1.按照光束取样光路调节好激光光路。
2.利用相机接收激光束，由图像采集卡传送给计算机处理，软件实时显示激
光光斑的二维/三维光强分布图。
3.通过测量不同轴向位置光斑，计算模拟出激光束的光束发散角等参数。
实验结果
本实验我们测得一组图像，衰减片选择分别为：
应该指出，实际的光束是圆对称的，由于软件的问题，光束显示成了椭圆形。
型激光光束分析仪的光路比较复杂，给我们测量相关数据造成了
很大困难。
为了减弱半导体激光器光束光强，该分析仪采用一楔形石英分束镜将激光束分成几束，接收其中的第一级光束。
由上面关于几何光学拉格朗日不变量的讨论，由于光学级石英对被测光束的吸收小、热胀系数小，在较强激光照射下对被测光束功率、能量分布的畸变也极小，所以分束镜不影响因子的测量，但是我们不清楚分束镜是否也不影响其它有关参量的测量。
由于采用了这一光路而非是在传统的光具座上进行实验，而我们没带直尺，因此无法测量值，即面与束腰面之间的距离。
另外软件自身并没有对能量密度函数进行分析的功能，因此我们也无法算出光束直径和测量瑞利距离、焦深。
如果用软件
编程的话，可以解决这些问题，但鉴于实验时间与实验定位，我们也无法完成这些工作。
我们只能对所得的几张图像进行分析。
观察成像的激光光束的光斑，可以发现它是一个近似圆形的光斑，同时
也可以看到其光强分布也确实是由中心开始向周围逐渐变弱，大概满足高斯函数。
但是我们同时也看到在光斑上仍然有较大的噪声，背景也过“亮”。
使用软
件的功能可以消除上的直流背景噪声，但我们使用该功能后没有发现
图像有明显改善。
经过软件处理后绘制出的光束光强在、轴上的光强分布曲线和拟合的高斯函数也吻合得较好，但是存在震荡。
这可能是由于固有的背景噪声或是外部
干扰引起的。
我们认为，本实验的误差主要来自以下几个方面。
(1)固有的背景噪声太大。
过大的背景噪声将会影响对能量密度函数进行全平面积分的结果。
(2) 分辨率较小，影响了精确度。
(3)在暗箱内仍然存在噪声，因此我们推测对可见光波段以外的光也有反应，于是造成了误差。
(4)光路调节时，不可能与激光光轴绝对垂直，造成光斑直径测量不准确。
综上，我们建议将该实验改为在光具座上进行，这样对各数据的测量都会容易很多。
至于光束强度过大的问题，可以多用几个衰减片来解决。
另外软件的功能也有待改进。