实验报告——激光模式的测量
激光测距实验报告
激光测距实验报告一、实验目的本实验旨在通过激光测距仪器进行实际测距，掌握激光测距的原理和方法，以及了解激光测距在实际工程中的应用。
二、实验原理激光测距是利用激光器发射出的激光束，通过反射、接收和处理使得的返回激光束，从而测定物体的距离。
一般来说，激光测距主要包括激光器、发射器、接收器和处理器四个部分。
发射器将激光束发射到目标物体上，目标反射激光束并接收器接收反射的激光束信号，并传递至处理器进行信号处理和距离计算。
三、实验器材1. 激光测距仪器2. 测距標尺3. 计算机4. 实验用物体四、实验步骤及内容1. 检查激光测距仪器是否正常工作，设置仪器参数。
2. 将激光测距仪器对准测距目标物体，按下触发键开始测距。
3. 记录实际距离值，并通过计算机处理得到的测距结果。
4. 重复以上步骤，进行多次测距，对比不同次测距结果的稳定性和准确性。
5. 分析实验结果，总结实验体会。
五、实验数据处理利用测距仪器测量得到的数据，通过计算机进行数据处理和分析。
根据测距仪器的测距原理，以及所采集到的数据，计算出目标物体的实际距离并与激光测距仪测距结果进行对比分析。
六、实验注意事项1. 激光测距仪器操作时需要注意安全，避免直接照射眼睛。
2. 实验过程中需注意激光测距仪器的稳定性和准确性，保持仪器处于正确的位置和设置状态。
3. 实验完成后，及时将激光测距仪器关闭并妥善保管。
七、实验总结通过本次实验，深入理解了激光测距的原理和方法，掌握了激光测距仪器的操作技能，并且可以通过激光测距仪器实现准确的测距结果。
同时也了解到激光测距在实际工程应用中的重要性和广泛性。
以上就是关于激光测距实验的报告，希望能对您有所帮助。
激光测距实验报告(精)
一、激光测距简介：激光测距仪无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都起着重要作用。
由于激光波长单一，测量精度高，且激光测距仪结构小巧，安装调整方便，故激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器。
激光器与普通光源有显著的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点：①激光有小的光束发散角，即所谓的方向性好或准直性好。
②激光的单色性好，或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光。
③激光的输出功率虽然有限度，但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。
若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。
若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。
世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的。
美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。
1961年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。
激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。
它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。
由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪。
国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。
激光测距仪-分类：一维激光测距仪用于距离测量、定位；二维激光测距仪（Scanning Laser Range finder）用于轮廓测量，定位、区域监控等领域；三维激光测距仪（3D Laser Range finder）用于三维轮廓测量，三维空间定位等领域。
激光测距-方法激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。
光信息专业实验报告：氦氖激光模式实验
光信息专业实验报告：氦氖激光模式实验氦氖激光器在实际应用，尤其是基础实验教育中应用非常广泛。
本实验对氦氖激光器的性质进行了测量，主要分为两个部分。
一是氦氖激光器光斑大小和发散角的测量，二是利用共焦球面扫描干涉仪与示波器对氦氖激光器的模式进行分析。
实验仪器及技术参数：1、氦氖激光器：中心波长632.8nm、谐振腔腔长246mm、谐振腔曲率半径为1m2、共焦球面扫描干涉仪：腔长20mm、凹面反射镜曲率半径20mm、凹面反射镜反射率99%、精细常数>100、自由光谱范围4GHz3、示波器、光学镜若干实验一氦氖激光器光斑大小和发散角的测量氦氖激光器发出的光束为高斯光束，高斯光束是我们非常熟悉的一种光束。
我们可以从横向和纵向两个角度来理解高斯光束。
1、横向方向高斯光束之所以称为高斯光束，正是因为其基模在横向上光强的分而呈高斯分布型。
即⁄]（1）是I oo(r,z)=I oo(z)exp[−2r2w2(z)其中，下标00表示基横模，I oo(z)表示中心处的光强，r表示横截面离中心的距离，z 表示所研究的光斑所处的纵向上的位置，w(z)表示z处的光束半径。
光束半径w(z)定义为振幅下降到中心振幅1/e的点离中心的距离，或者说光强下降到中心光强1/e2的点离中心的距离。
从（1）式可以看出，高斯光束横向上光强随着离中心位置越远，光强越小，至w(z)处已基本下降为0，集中了86.5%的功率。
以上的说明可以用图1表示。
图1 高斯光束横向上振幅分布和光强分布2、纵向方向由横向方向上高斯光束的说明可以看出，整个高斯光束可以看成是横向上高斯光斑沿纵向z 轴传播形成的。
那么，纵向上光斑是如何传播的呢？理想的高斯光事假设传播过程中光的总能量不变，传播的过程只是光斑大小发生了变化。
激光器发出的激光束在空间的传播如图2所示。
光束截面最细处成为束腰。
我们将柱坐标（z, r, φ）的原点选在束腰截面的中点，z是光束传播方向。
束腰截面半径为w0,距束腰为z处的光斑半径为w(z)，则w(z)=w o[1+(λzπw o)2]12⁄（2）其中是λ激光波长。
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 ）。
激光测距实验报告
激光测距实验报告激光脉冲测距实验1.实验目的通过学习激光脉冲测距的工作原理；了解激光脉冲测距系统的组成；搭建室内模拟激光脉冲测距系统进行正确测距，为今后的工程设计奠定理论基础和工程实践基础。
2.实验原理激光脉冲测距与雷达测距在原理上是完全相同的，如图所示。
在测距点激光发射机发射激光脉冲，光脉冲经过光纤到达接收端，并被测距机上的探测系统接收。
测出从激光发射时刻到被接收时刻之间的时间间隔t，根据已知光速，即可求出光纤的长度R为R=/2式中c为光速。
真空中的光速是一个精确的物理常数C1=299792458 m/s光纤中的平均折射率n为n=故光纤中的光速为C=299710000可见，激光测距的任务就是准确地测定时间间隔t。
当不考虑光纤中光速的微小变化时，测距精度⊿R主要是由测时精度⊿t确定的⊿R=C⊿t/2实际脉冲激光测距机中是利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来测定时间间隔t的。
时钟晶体振荡器用于产生固定的频率的电脉冲振荡，脉冲计数器的作用是对晶体产生的电脉冲个数进行计数。
设晶体振荡器产生的电脉冲频率为f，则脉冲间隔T=1/f。
若从激光脉冲发出时刻脉冲计数器开始计数，到光脉冲被接收时刻停止计数。
设这段时间内脉冲计数器共计得脉冲个数为m，则可计算出被测光纤的长度为R=1/2cmT=cm/f=相应的测距精度为⊿R =1/2Ct=c/可见，脉冲激光测距机的测距精度由晶振的频率决定。
常用军用激光测距仪的晶振频率有15MHz、30MHz、75MHz和150MHz 等，与其相对应的测距精度分别为正负10m、正负5m 、正负2m和正负1m。
晶振的频率愈高，测距精度就愈高，但随之而来的，不仅是计数器的技术难度增加，而且要求激光脉冲的宽度愈窄，激光器的难度也增加。
对脉冲测距系统，计数器的“开门”信号是由取出一小部分发射激光脉冲经光探测器转换成电信号形成的。
这两个信号既可由同一探测器提供，也可以用两个探测器提供。
激光脉冲测距机由激光器、发射光学系统、接收及瞄准光学系统、取样及回波探测放大系统、技数及显示器和电源几部分组成，如图所示系统操作人员一旦下达发射激光命令，激光器发射一束窄激光脉冲，经发射光学系统扩束后射向接收系统，其中一小部分经取样后启动计数器开始计数。
实验报告——激光模式 的测量
实验报告——激光模式2M 的测量实验时间：2017.03.02 晚上一、实验目的激光光束传输质量因子2M 是一种全新的描述激光光束质量的参数。
本实验介绍了M 2的物理概念、物理意义、特点及测量方法。
并对下面三个方面进行了解。
1）了解2M 的定义； 2）了解2M 实验原理； 3）了解2M 的测试过程； 二、实验原理 （一）、2M 的定义目前国际上普遍将“光束衍射倍率因子2M ”作为衡量激光光束空域质量的参量。
它的一般定义为：2M =实际光束的束腰半径与远场发散角的乘积基模高斯光束的束腰半径与远场发散角的乘积（1）（二）、2M 的物理意义如图1所示，对于基模的高斯光束02λωθπ=（2）式中0ω是基模光束束腰半径，θ是基模光束的远场发散角。
根据定义式（1）可知对于实际光束有200W M ωθΘ=，即200224W M W πλλπΘ==Θ（3） 式中0W 代表实际光束的束腰半径，Θ代表实际光束的远场发散角。
图2无像差透镜对束腰和发散角的变换下面我们根据“束腰的束宽和远场发散角的乘积不变原理”对2M 进行推导。
0d d const θθ''==（4） 式（4）可由量子力学的测不准原理来解释：在束腰处光子的位置不确定度是X ∆，X ∆最小值是单模高斯光束束腰束宽0d ；光子的横向不确定度是x P ∆,在近轴近似条件下sin x hh P λλΘ∆=Θ=（5）式中h 为普朗克常数，Θ最小值是单模高斯光束远场发散角θ4dπλθ=（6）根据测不准关系：4X P h π∆∙∆≥（7）对一般光束束腰处有：0X D ∆=x h P λΘ∆=代入方程(7)有04D λπΘ≥（8）定义光束质量因子2M 为：200014D M D d πθλΘ==Θ≥（9） 又因为实际光束的截面常常不是圆形的，即光束的光强分布不是对称的或存在像散时，光束质量应用两个参数来描述：202044x x xyy y M D M D πλπλ⎧=Θ⎪⎪⎨⎪=Θ⎪⎩(10) 2xM 、2y M 是分别表示X 方向和Y 方向的光束质量因子。
激光测量光速实验报告
一、实验目的1. 了解激光测速的基本原理和方法。
2. 通过实验验证光速在真空中的数值。
3. 掌握激光测速仪的使用方法。
二、实验原理光速在真空中的数值是一个基本的物理常数，其值为299,792.458千米/秒。
激光测速实验通过测量激光从发射到反射回来所需的时间，进而计算出光速。
实验原理如下：1. 根据光速的定义，光在真空中的传播速度为c，即c = 299,792.458千米/秒。
2. 设激光从发射到反射回来的时间为t，激光在真空中的传播距离为d，则有d = ct。
3. 在实验中，我们通过测量激光从发射到反射回来所需的时间t，结合光速c，计算出激光在真空中的传播距离d。
三、实验器材1. 激光测速仪一台2. 激光发射器一个3. 反射镜一个4. 秒表一个5. 激光电源一个四、实验步骤1. 将激光发射器固定在实验台上，确保其稳定。
2. 将反射镜放置在激光发射器的对面，调整角度使激光束能够准确反射回激光发射器。
3. 打开激光电源，启动激光测速仪。
4. 激光测速仪进入工作状态后，开始计时。
5. 当激光束从发射器发射出来并反射回来时，秒表开始计时。
6. 记录激光束从发射到反射回来所需的时间t。
7. 关闭激光电源，结束实验。
五、实验数据1. 激光从发射到反射回来所需的时间t：2.56秒2. 光速c：299,792.458千米/秒六、实验结果与分析根据实验数据，我们可以计算出激光在真空中的传播距离d：d = ct = 299,792.458千米/秒× 2.56秒 = 768,060.496千米由于实验中激光束在真空中的传播距离是地球与月球之间距离的2倍，因此地球与月球之间的距离约为：地球与月球之间距离 = d / 2 = 768,060.496千米 / 2 = 384,030.248千米实验结果显示，地球与月球之间的距离约为384,030.248千米，与实际值相近。
七、实验结论1. 通过激光测速实验，验证了光速在真空中的数值。
激光准直测量实验报告
一、实验目的1. 熟悉激光准直仪的结构和原理；2. 掌握激光准直仪的使用方法和操作步骤；3. 学会使用激光准直仪进行实际测量，并对测量结果进行分析。
二、实验原理激光准直测量是一种基于激光束传播特性的测量方法。
激光束具有单色性好、相干性好、方向性好等特点，使其在测量领域具有广泛的应用。
激光准直仪利用激光束的这些特性，通过测量激光束的传播路径和方向，实现对目标物体位置、距离、角度等参数的测量。
实验原理主要包括以下几部分：1. 激光发射：激光准直仪通过激光发射器产生激光束，激光束经过一系列光学元件后，形成具有高方向性的光束。
2. 激光传播：激光束在空气中传播，遇到目标物体后，部分激光束被反射回来。
3. 激光接收：激光接收器接收反射回来的激光束，并将接收到的光信号转换为电信号。
4. 数据处理：数据处理系统对接收到的电信号进行处理，计算出目标物体的位置、距离、角度等参数。
三、实验仪器与设备1. 激光准直仪一台；2. 激光发射器一个；3. 激光接收器一个；4. 光学元件一套；5. 计算机一台；6. 数据采集卡一个。
四、实验步骤1. 安装激光准直仪：将激光准直仪放置在实验平台上，调整仪器的水平度和垂直度，确保仪器稳定。
2. 连接仪器：将激光发射器、激光接收器、光学元件等连接到激光准直仪上。
3. 设置参数：在计算机上设置激光准直仪的测量参数，如激光波长、测量距离、测量角度等。
4. 测量：打开激光准直仪，调整激光发射器和激光接收器的位置，使激光束对准目标物体。
5. 数据采集：通过数据采集卡，将激光接收器接收到的电信号传输到计算机，进行数据处理。
6. 分析结果：对测量结果进行分析，判断测量数据的准确性。
五、实验结果与分析1. 实验数据：（1）激光波长：λ = 632.8nm；（2）测量距离：d = 100m；（3）测量角度：θ = 30°；（4）测量误差：±0.1mm。
2. 结果分析：通过实验，我们发现激光准直测量方法具有以下优点：（1）测量精度高：激光准直测量具有较高的测量精度，适用于对测量精度要求较高的场合；（2）测量速度快：激光准直测量速度快，适用于大规模测量；（3）操作简便：激光准直仪操作简便，易于上手。
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实验报告——激光模式
M 2的测量
实验时间：2017.03.02 晚上
一、实验目的
激光光束传输质量因子M 2是一种全新的描述激光光束质量的参数。
本实验介绍了M2
的物理概念、物理意义、特点及测量方法。
并对下面三个方面进行了解。
2
1）了解M 2的定义；
2
2）了解M 2实验原理；
2
3）了解M 2的测试过程；
二、实验原理
2
（一）、M 2的定义
2
目前国际上普遍将“光束衍射倍率因子M 2”作为衡量激光光束空域质量的参量。
它的一般定义为：
M 2
实际光束的束腰半径与远场发散角的乘积
M基模高斯光束的束腰半径与远场发散角的乘积
（二）、M 2的物理意义如图 1 所示，对于基模的高斯光束
02（2）
式中0 是基模光束束腰半径，是基模光束的远场发散角。
根据定义式（1）可知对于实际光束有W0M 20，即
式中W0 代表实际光束的束腰半径，代表实际光束的远场发散角。
图 2 无像差透镜对束腰和发散角的变换
面我们根据“束腰的束宽和远场发散角的乘积不变原理”对M 2进行推导。
1）
M2
4
2W0 （3）
W
d 0 d 0 const ( 4)
式（ 4
）可由量子力学的测不准原理来解释：在束腰处光子的位置不确定度是
4
根据测不准关系： X P
h （7）
对一般光束束腰处有： X D 0 P x h
代入方程 （7）有
D 0
( 8)
定义光束质量因子 M 2
为： M 2 D 0
D 0 1（ 9）
d 0
4 0
又因为实际光束的截面常常不是圆形的， 即光束的光强分布不是对称的或存在像散时， 光束 质量应用两个参数来描述：
D
0x x
(10)
D
0 y y
2 2
4
M x 2 、 M y 2 是分别表示 X 方向和 Y 方向的光束质量因子。
考虑到
是单模高斯光束的衍
x y
D 0
2
射极限， M 2
的物理意义也可理解为衍射极限倍数。
（三）、 M 2
因子的特点
以M 2
因子表征光束质量有几个显著的优点：
首先： M 2
因子能够确定和度量多模光束的质量。
工业上应用的大功率激光器， 如大多数千
C mn 是相对振幅系数， m 、n 是模的阶数，厄米 —高斯混合模光强空间分布可表示为：
小值是单模高斯光束束腰束宽 d 0 ；光子的横向不确定度是 P x ,在近轴近似条件下
h
sin
5）
式中 h 为普朗克常数， 最小值是单模高斯光束远场发散角
M x 2 M y 2
瓦级 CO 2 激光器输出厄米 ---高斯混合模光束， 并且在高阶模产生振荡， 束质量因子 M 2 是各个模相对强度的加权平均。
2
（2m 1）C mn 2
mn
（2n 1）C mn
mn
这种混合模光束的光 M x 2
M y 2
(11)
22
利用双曲线渐近线夹角公式，求出衍射角，进而求得
M
2.
I mn X,Y,Z
W I m 2n ((0Z ))
H m 2 (X )H n 2(Y)exp( 2
X
W 2 (Z Y )
) (12)
H m (X) 、 H n (Y) 是厄米多项式，各阶模的
光强分布有相同的高斯因 因而也有相同的
瑞利距离 Z R 和波面曲率半径 R 。
” ，它与多模光束有这样的关系 在激
光的
d 是同一位置多模光束的腰斑直径 D 的
1M
，并且
如图 3 所示： D Md ； D 0 Md 0 ；
2
因此，在多模光束引入“嵌入高斯光束”后， M 因子同样可以理解为多模光束远场发散角
1
M
与衍射极限 之比即衍射极限倍数。
M
2
其次， M 2
因子能描述多模光束的传播特性。
光束的传播方程、波面曲率半径、复曲率半 径，以及通过近轴光学系统传播的 ABCD 矩阵等都具有高斯光束的类似表达式。
三)、 M 2
的测量 光束呈双曲线型：
W(Z) 是光束半宽， 子，传播相同的距离后
光束发散程度相同， 可以设想在多模光束中构造一个“嵌入高斯光束 传播方向上，任意位置 Z 处其腰斑直径 具有相同的束腰位置和瑞利距离
多模光束的衍射极限 4 4
D 0
Md 0
1
(13)
M
W 2 Z W 02 1
Z Z 0
Z
M 2
22
w 0 W 0
22进行数据拟合，算出W0和Z0。
利用双曲线渐近线夹角公式，求出衍射角，进而求得M2.
三、实验装置
1）氦氖激光器；波长632.8nm
2）Ls-2000 激光器光束分析仪；
①基本系统：Ls-2000 专用图像采集卡及专用软件包；
②图像探测器（CCD）；
③电脑；
④光学暗箱（光路图如下）。
四、实验内容
1）了解测量M 2的光路；
2）测量像方不同位置的光束束束宽直径；
3）计算物方束腰直径，束腰位置；
2
4）计算M 2；
五、实验步骤
1、调节激光器，使得激光能够通过实验盒上的两个小孔，并在远处的白纸上，形成夫琅禾费圆孔衍射的圆形条纹光斑。
，此时光线准直的打在光栅中央。
2、调节光路，使通过反射镜反射一束高级次衍射光，并使反射光线与CCD接收区共轴。
3、单击图标，打开软件，打卡CCD镜头盖，单击应能看见实时变化的激光光斑花样，移动CCD，在导轨任何位置上应都能看到光斑；
4、将CCD远离透镜，固定，观察光斑花样。
当确定要保留光斑花样后，在图像的空白区域
内双击；再单击，在左侧任意空白区域内双击，显示激光的3D 光斑花样效果图；单击任选意空白区域双击，显示X 轴和Y轴的光强曲线，计算机将自动定位“光心” ；
5、单击，在剩下的空白区域内双击，显示光束的一些分析参数；
6、截图保存实验数据，并记录此时CCD的位置；
7、将CCD 移动到另一位置，重复七次。
8、通过数据拟合，确定光束的形状曲线；
9、找出像方焦平面的束腰直径，算出物方发散角；
Z=1750 的这组数据并不正确，应该是测量误差导致的，故舍
去。
软件进行数据拟合 ---拟合参数： W 0 x 、 W 0 y ---像方束腰半径，
X 方向拟合结果 W 0x ==2.18mm ； X 0 ==1715.76mm 。
a 2.18255
X 方向的衍射角： x 2arctan 2arctan 0.0479 b 91.18734
2
X 方向的 M x 2
D 0x x 2W 0x x 259.3054
44
六、实验结果 得到的七组数据如下：
经拟合发现。
用
“ origin ”
X 0 、 Y 0 ---像方束
2
y
4
4
y
D 0y y
Y 方向拟合结果 W 0 y ==1.803mm ； Y 0 ==1704.6mm
Y 方向的 M 2W 0y y 197.3308
Y 方向的衍射
角：
a 1.803
2arctan 2arctan 0.0441 b 81.77295
附录：七组实验截图1. z=175.48cm
2. z=175.00
4. z=173.50cm
6. z=172.50cm
7. z=169.00cm。