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

场中依赖于作用在原子上的力。冷原子可以被很浅的陷阱

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，人们已对多类光束，例如球面波、高斯光束、高阶高斯光束、高斯一谢尔模型光束、相干高斯光束和矢量贝塞尔一高斯光束等的聚焦特性进行了详细的研究，得出了对实际应用具有参考意义的结果。早期对光束聚焦特性的研究主要是光束的聚焦光强分布。自１９８１年Ｌｉ和Ｗｏｌｆ明确提出焦移的概念后，聚焦光束的焦移成为目前人们在研究光束聚焦特性中主要关注的内容。复光学系统的菲涅尔数一般非常大（达到约ｌ０００的数最级）时大多数应用中的焦移可以忽略，显然实际中用一个数量级的菲涅尔数米描述的激光光腔则不属于这种情况，因而研究多类光束的焦移对激光光腔的研究和设计有很大的作用。例女ｌｌＬｉ和ＷｏｌｆＸ寸会聚高

所储存。那么。陷阱的势能起源于远场原子标准能级引导的光的移动。蓝失谐则利用辐射场失谐原子跃迁到高频的一边，实现原子被限制在低强度的区域。在蓝失谐光学偶极子陷阱中，长限制的相干性和非常低的扰乱在超精细原子级别中可以获得。蓝失谐陷阱的主要问题是实现被光环绕着的暗斑区域的激光光束的对称性。有关局域空心光束（蓝失谐光学陷阱）原子囚禁方面的理论计算和实验测量国内外已经做了不少研究。因此，在实际生活中找到一种产生局域空心光束的方法是非常有趣而且重要的。

１９７１年。Ａｓｈｋｉｎ等人发展了一种囚禁微米粒子的光学

技术，简称光学镊子（或光钳）。其主要是利用强聚焦的高斯光束在焦点附近产生了很高的电场梯度，并且对激光

束中的介质粒子施加一个指向焦点的作用力，使得介质粒

斯光束研究得出光束的菲涅尔数和截断参数是影响焦移的两个重要参数的结论，他们发现光束菲涅尔数和截断参数

的减小都引起焦移（绝对值）增加。而对于部分相干光，相干度也成为影响焦移的参数。Ｌｔｉ和ＺｈａｎｇＥ２及Ｆｒｉｂｅｒｇ等人发

子被三维囚禁在高斯光束的焦点附近。光学镊子为精确操控微观粒子提供了一种非接触无损管、光学镊子和光学扳手，空心光束在微观粒子（如微米粒子、纳米粒子、自由电子、生物细胞等）的精确、无接触操纵和控制中有着广泛的应用。因此，空心光束的产生及其传输成为很热门的研究课题。

现相干度减小使部分相干光的焦移（绝对值）增大。在对

焦移的研究工作中，大多考虑的是空间完全相干光。对部

分相干光的聚焦所产生的焦移却很少。由于在某些实际应

一１００一

万方数据

架空送电线路鸟害及其防治措施

王宏宇，，翟洪涛２

（１．黑龙江省电力勘察设计研究院；２．哈尔滨理工大学房产科，黑龙江哈尔滨１５００１０）

摘要：鸟类是人类的朋友，但是鸟类的活动也对高压输电塔基送电线路造成了重大的损失，如何在不伤害鸟类的同时，避免鸟害带给架空送电线路的危害，是摆在我们面前的重要课题。关键词：送电线路；鸟害；防治

中图分类号：ＴＭ７２６

文献标识码：Ａ文章编号：１００９－２３７４（２００９）０４－０１０１－０２

近年来，随着我国生态环境的不断改善，鸟类的繁衍逐渐加快。鸟类对于人类的益处是众所周知的，但是鸟类活动季节却对高压输电塔基送电线路造成了重大的损失。

鸟害是经常发生的事故之一，占事故总数的４５％。架空送电线路大多运行在荒山野外．它覆盖面广，生态环境又变化无常，无疑要受到鸟类活动对它的影响。鸟害严重地威胁

此栖息、觅食。经过对鸟害跳闸分析，发现鸟害对架空送电线路造成的危害有一定的规律性：

１．时间性。每年的５月底到１２月初是鸟害发生的主要

月份。从时段上看，多为夜间２ｌ：００—０６：００点左右。结合历年线路鸟害故障情况分析，鸟害频发大多集中在每年的８、９、１０三个月及每日的２２：ｏｏ点至次日凌晨０４：００点之间。全年１２个月份中，每年的８、９、１０月份发生的鸟害故障占全年的７８．８％。

２．电压等级。从鸟害造成故障的电压等级看，８０％发

生在２２０千伏线路上，２０％发生在１１０千伏线路上。运行实践

着电力系统及网络的安全运行，必须引起电力线路工作人

员的高度重视。

一、鸟害对架空送电线路的危害规律

输电线路鸟害故障具有明显的地形地貌特征。经观察，鸟害引起故障的杆塔周围环境，多在靠近河流（排水渠）、

稻田、鱼池、低洼潮湿地带。有较大树木和一些村庄少、

表明。鸟类故障多数发生在１１０千伏和２２０千伏电压等级的线路中，３５千伏及以下电压等级的线路故障较少。河套地区运行的输电线路。２２０千伏电压等级的线路鸟害造成的故

障跳闸就占６６．６７％。

僻静开阔的庄稼地带。加之．近年来河套地区养殖业不断扩大，再加上套区排灌，洼地积水多，引来大量的候鸟在

３．杆塔类型。统计资料显示，直线杆塔上发生鸟窖的

参考文献

在强激光技术中，很难遇到理想的完全相干基横模高斯光束，大多数发出的是部分相干多横模激光，比较合乎实际情况的是采用高斯一谢尔模型（ＧＳＭ）光束描述部分相干的多模激光，在一定条件下可得到比较好的模拟结果。ＧＳＭ光束不仅能相对容易地做理论分析，而且在实际中很容易实现，也可由扁斯光束进行转换。与高斯光束类似，ＧＳＭ光束也是波动方程的近轴近似解，它具有良好的方向性但却

只有部分相干性。由于部分相干性的有效方法，近几年，有些研究者采用空心光束来构成光镊。因为作为激光导的ＧＳＭ

【１］Ｙ．Ｌｉ，Ｅ．Ｗ０１ｆ＝Ｆｏｃａｌ

ｓｐｈｅｒｉｃａｌ

ｓｈｉｆｔｓｉｎ

ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ

（３９）．

ｗａｖｃＳ【丌，Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ，１９８１，

【２］Ｙ．Ｌｉ，Ｅ．ＷｏＫ

ｓｉａｎ

ＦｏｃａｌｓｈｉＲｉｎｆｏｃｕｓｅｄｔｒｕｎｃａｔｅｄＧａｕｓ—

ｂｅａｍｓＵｌ．Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．。１９８２，４２（３）．［３］Ｄｕａｎ

ＫＬ，Ｂ．Ｌｎ．Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ

ｎｅａｒ

ｆｏｃｕｓｏｆ

ｓｔｒｏｎｇｌｙｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇｓｐｈｅｒｉｃａｌ

ｗａｖｄ３ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ

ａｔａ

ｃｉｒｃｕｌａｒａｐｅｒ—

ｔｕｒｅＵｌ．Ｏｐｔ．＆Ｑｕａｎ．Ｅｌｅｃ，２００４，３６（１３）．【４］Ｐ．Ｄ．Ｓａｎｄｓ，Ｆ．Ｇｏｒｉ，Ｇ．Ｇｕａｔｔａｒｉ，ａｎｄｌｎａ，Ａｎ

Ｃ．Ｐａｌ－

光束在某些方面比完全相干的高斯光束优越，因此如何把高斯光束转换成ＧＳＭ光束就是一项很重要的研究工作。迄今为止，已有几种方法能把高斯光束转换成ＧＳＭ光束。随着激光核聚变研究的深入，为了减少高空间相干光所引起的有害效

应（如散斑等），常采用去相干的办法把高空问相干激光变

ｅｘａｍｐｌｅｏｆａＣｏｌｌｅｔｔ—ＷｏｌｆｓｏｕｒｃｅＵＩ，Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ，

１９７９，（２９）．

ｆ５］ｗ．Ｈ．Ｃａｒｔｅｒ，Ｍ．Ｆ．Ａｂｕｒｄｅｎｅ．

ｇｕｅｒｒｅ—Ｇａｕｓｓｉａｎ

ＦｏｃａｌｓｈｉｆｔｉｎＬａ—

ｂｅａｍｓⅡ】．Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，１９８７，４．

成部分相干光。既然部分相干光具有如此多的特性和优点，那么对部分相干光聚焦特性的研究显得十分必要。

作者简介：马学军，男，供职于沈阳理工大学理学院，研究方向：物理学。—－１０１—－

万方数据

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

matlab仿真光束的传输特性

一、课程设计题目： 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃，对1064nm 波长的折射率为1.5062，镜片中心厚度为3mm ，凸面曲率半径，设为100mm ，初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线（至少10条）经过平凸透镜的焦距，与理论焦距值进行对比，得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ，0.11=n ，51=d ，5163.121=='n n （K9玻璃），502-=r ，0.12=' n ，物点A 距第一面顶点的距离为100，由 A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真，并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ，中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布，计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比，得出误差大小。（方法：采用波动理论，利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。） 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。（夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。）

3、用MATLAB仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。（包括三维强度分布和平面的灰度图。） 4、（补充题）查找文献，掌握各类空心光束的表达式，采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 将坐标原点选在透镜中心处，θ1=arcsin(y1/r),由n1*sinθ1=n2*sinθ2可得出θ2=arcsin(n1/n2)*(y1/r)，由几何关系可得到θ=θ2－θ1，则出射光线的斜率k=tan(θ2－θ1),当入射直线y=y1时，x1=d－(r－(y r )，并设出射直线为y=k*x+b;由直线经过（x1,y1）即可求2^ )2^1 出b值，从而就可以求出射直线。由单透镜焦点计算公式1/f=－(n-1)*(1/r1－1/r2)可求得f=193.6858。

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

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

基于matlab高斯光束经透射型体光栅后的光束传输特性分析(附源程序)

目录 1 基本原理 (1) 1.1耦合波理论 (1) 1.2高斯光波的基本理论 (9) 2 建立模型描述 (10) 3仿真结果及分析 (10) 3.1角度选择性的模拟 (10) 3.2波长选择性的模拟 (13) 3.3单色发散光束经透射型布拉格体光栅的特性 (15) 3.4多色平面波经透射型布拉格体光栅的特性 (17) 4 调试过程及结论 (18) 5 心得体会 (20) 6 思考题 (20) 7 参考文献 (20) 8 附录 (21)

高斯光束经透射型体光栅后的光束传输 特性分析 1 基本原理 1.1耦合波理论 耦合波理论分析方法基于厚全息光栅产生的布拉格衍射光。当入射波被削弱且产生强衍射效率时，耦合波理论分析方法适用耦合波理论分析方法适用于透射光栅。 1.1.1耦合波理论研究的假设条件及模型 耦合波理论研究的假设条件： (1) 单色波入射体布拉格光栅； (2) 入射波以布拉格角度或近布拉格角度入射； (3)入射波垂直偏振与入射平面； (4)在体光栅中只有两个光波：入射光波 R 和衍射光波 S； (5)仅有入射光波 R 和衍射光波 S 遵守布拉格条件，其余的衍射能级违背布拉格 条件，可被忽略； (6)其余的衍射能级仅对入射光波 R 和衍射光波 S 的能量交换有微小影响； (7)将耦合波理论限定于厚布拉格光栅中； 图1为用于耦合波理论分析的布拉格光栅模型。z 轴垂直于介质平面，x 轴在介质平面内，平行于介质边界，y 轴垂直于纸面。边界面垂直于入射面，与介质边界成Φ角。光栅矢量K垂直于边界平面，其大小为2/ =Λ，Λ为光栅周期，θ为入射角。 Kπ 图1布拉格光栅模型

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=?

matlab仿真光束的传输特性

一、课程设计题目: 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务与要求 用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1、5062,镜片中心厚度为3mm,凸面曲率半径,设为100mm,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121=='n n (K9玻 璃),502-=r ,0.12='n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计 算三条沿光轴夹角分别为10、20、30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路与近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。) 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗与费矩形孔衍射、夫朗与费圆孔衍射、夫朗与费单缝与多缝衍射。) 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布与平面的灰度图。)

4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 将坐标原点选在透镜中心处,θ1=arcsin(y1/r),由n1*sinθ1=n2*sinθ2可得出θ2=arcsin(n1/n2)*(y1/r),由几何关系可得到θ=θ2－θ1,则出射光线的斜率k=tan(θ2－θ1),当入射直线y=y1时,x1=d－(r－r ),并设出射直线为y=k*x+b;由直线经过(x1,y1)即可求出b (y 2^ )2^1 值,从而就可以求出射直线。由单透镜焦点计算公式1/f=－(n-1)*(1/r1－1/r2)可求得f=193、6858。

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。

光学实验报告 (一步彩虹全息)

光学设计性实验报告（一步彩虹全息） 姓名： 学号： 学院：物理学院

一步彩虹全息 摘要彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项，指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。 关键词：一步彩虹全息；狭缝；再现 1 光学实验必须要严密，尽可能地减少实验所产生的误差； 2 实验仪器 防震全息台激光器分束镜成像透镜狭缝干板架光学元件架若干干板备件盒洗像设备一套线绳辅助棒扩束镜2个反射镜2个 3 实验原理 3.1 像面全息图 像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。 像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。 3.2 彩虹全息的本质 彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连

激光光束的空间分布研究

激光光束的空间分布研究 从理论上来讲，光在稳定的激光谐振腔中进行无限次的反射后，激光器所发出的激光将以高斯光束的形式在空间传输。而且反射（衍射）次数越多，其光束传输形状越接近高斯光束。从另一方面讲，形状越接近高斯光束的激光束，在传播、耦合及光束变换过程中，其形状越不易改变，在高斯光束时，不论怎样变换，其形状依然是高斯光束。（参阅有关书籍关于高斯光束的论述） 由《激光原理与技术》课程，我们从理论知道了激光光束的横向和纵向的空间分布情况，在这个实验中，我们将利用激光光束分析仪对激光光束进行实验研究。 【实验内容】 1．激光光束的纵向分布（发散角） 2．激光光束的横向分布（束腰半径） 3．激光光束质量分析 【实验仪器】 激光光源，激光光束分析仪器，透镜等

阅读材料 高斯光束简介 由激光器产生的激光束既不是平面光波，也不是均匀的球面光波。虽然在特定位置，看似一个球面波，但它的振幅和等相位面都在变化。从理论上来讲，光在稳定的激光谐振腔中进行无限次的反射后，激光器所发出的激光将以高斯光束的形式在空间传输。而且反射（衍射）次数越多，其光束传输形状越接近高斯光束。从另一方面讲，形状越接近高斯光束的激光束，在传播、偶合及光束变换过程中，其形状越不易改变，在高斯光束时，不论怎样变换，其形状依然是高斯光束。 在激光器产生的各种模式的激光中，最基本、应用最多的是基模高斯光束。在以光束传播方向z 轴为对称轴的柱面坐标系中，基模高斯光束的电矢量振动可以表示为 2 2 2[()arctan () 2() 000(,,)() r r z i k z i t w z R z f E E r z t e e e w z ω- + --= ?? （1） 式中，E 0为常数，其余各符号意义表示如下： 2 2 2 r x y =+ 2k π λ = 0()w z w = 2 ()f R z z z =+ 2 w f πλ = 其中，0(0)w w z ==为基模高斯光束的束腰半径，f 称为高斯光束的共焦参数或瑞利长度，R (z )为与传播轴线交于z 点的基模高斯光束的远场发散角为高斯光束等相位面的曲率半径，w (z ) 是与传播轴线相交于z 点高斯光束等相位面上的光斑半径。 图1 高斯光束的横截面

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—1 R 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 ）(1－2 R 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 L C q q ?ηυ?2':= 其中：Δq=q －q ′，相邻两纵模的频差为

L C q 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 )(1－2 R L )]1/2 （20） 设：q n m mn υ?υ??'':= ； S= π 1 cos -1[(1－)]1)(21R L R L -1/2 Δ表示不同的两横模（比如υ00与υ 10）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： S n 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 ）。如果我们选取m=n=0作为基准，那么便可以判断出横模序数m 、n 。例如，我们通过测量和计算求得（Δm +Δn ）=2，那么，激光器可能工作于υ00、υ10、υ01、υ11、υ20、υ02。 2. 共焦球面扫描干涉仪的基本工作原理 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图2—2。反射镜的曲率半径R 1=R 2=L 。 图 2-2

激光粒度仪实验报告

实验一LS230/VSM+激光粒度仪测定果汁饮料粒度 1实验目的 1.1了解激光粒度仪的基本操作； 1.2了解激光粒度仪测定的基本原理。 2实验原理 激光粒度分析仪的原理是基于激光的散射或衍射，颗粒的大小可直接通过散射角的大小表现出来，小颗粒对激光的散射角大，大颗粒对激光的散射角小，通过对颗粒角向散射光强的测量（不同颗粒散射的叠加），再运用矩阵反演分解角向散射光强即可获得样品的粒度分布。 激光粒度仪原理图如图1所示，来自固体激光器的一束窄光束经扩充系统扩充后，平行地照射在样品池中的被测颗粒群上，由颗粒群产生的衍射光或散射光经会聚透镜会聚后，利用光电探测器进行信号的光电转换，并通过信号放大、A/D 变换、数据采集送到计算机中，通过预先编制的优化程序，即可快速求出颗粒群的尺寸分布。 3实验试剂与仪器 3.1实验样品：果汁饮料。 3.2实验仪器：LS230/VSM+激光粒度仪。 4实验步骤 4.1按照粒度仪、计算机、打印机的顺序将电源打开，并使样品台里充满蒸馏水，开泵，仪器预热10分钟。

4.2进入LS230的操作程序，建立连接，再进行相应的参数设置： 启动Run-run cycle（运行信息） （1）选择measure offset(测量补偿)，Alignment（光路校正），measure background（测量空白），loading（加样浓度），Start 1 run（开始测量（2）输入样品的基本信息，并将分析时间设为60秒，点击start（开始）。 如需要测量小于0.4μm以下的颗粒，选择Include PIDS，并将分析时 间改为90秒后，点击start（开始） （3）泵速的设定根据样品的大小来定，一般设在50，颗粒越大，泵速越高，反之亦然。 4.3在测量补偿，光路校正，测量空白的工作通过后，根据软件的提示，加入样品控制好浓度，Obscuratio n应稳定在8-12%：假如选择了PIDS，则要把PIDS 稳定在40-50%，待软件出现ok提示后，点击Done（完成）。 4.4分析结束后，排液，并加水清洗样品台，准备下一次分析。 4.5作平行试验，保存好结果，根据要求打印报告。 4.6退出程序，关电源，样品台里加满水，防止残余颗粒附着在镜片上。 5实验结果与讨论 5.1实验结果 由实验结果显示： 平均粒径：141.7μm

激光实验报告

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： vmnq?l1/21lc[q?(m?2n?1)]cos-1[(1—)(1—)] r2?r12?l (17) 其中：l—谐振腔长度； r1、r2—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： ??mn:mn?ll1/2 c1(?m??n)cos-1[（1－）(1－)] （18） r1r22?l? 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:q?c?q 2?l 其中：δq=q－q′，相邻两纵模的频差为 ??q?c 2?l （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 ll?mn:mn1?(?m??n)cos-1[(1－)(1－)]1/2 r1r2??q? （20）设：????mn:mn ??q ； s=1?cos-1[(1－ll)(1?)]1/2 r1r2 δ表示不同的两横模（比如υ00与υ 比，于是（20）式可简写作： 10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之 (?m??n)?? s （21） 只要我们能测出δ，并通过产品说明书了解到l、r1、r2（这些数据生产厂家常给出）， 那么就可以由（21）式求出（δm+δn）。如果我们选取m=n=0作为基准，那么便可以判断出 横模序数m、n。例如，我们通过测量和计算求得（δm+δn）=2，那么，激光器可能工作于 υ00、υ10、υ01、υ11、υ20、υ02。 2. 共焦球面扫描干涉仪的基本工作原理 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图2—2。反射镜的曲率半径 r1=r2=l。 图 2-2 由于反射镜的反射率相当高，注入腔内的光束将在腔内多次反射形成多光束，从多光束

激光光束偏振特性研究

激光光束偏振特性研究 【实验仪器】 激光光源，尼科耳棱镜，光具组，光学平晶，分光镜，照度计，综合测试仪等 【实验内容】 1、测量某一时刻激光器输出激光光束的偏振度及偏振方向。 2、测量激光光束的偏振方向和偏振度随时间的变化。 【数据处理要求】 1、作图法得到光束光强度分布，并确定偏振方向，计算偏振度。 2*、解析方法得到偏振椭圆方程及其随时间的变化公式。

阅读材料 光的偏振与偏振度 1．偏振现象 光属于电磁波。在许多光波与物质相互作用时，主要是其中的电振动矢量起主要作用。因此，在物理学中我们通常用电矢量(,)t E r 或电矢量的振幅()E r 来描述光的行为。 光的偏振也是用电矢量来描述的。在垂直于光的传播方向上，如果其电矢量的振动是各向同性的，电矢量大小在垂直于光传播方向的平面内的各个方向上是完全相同的，我们称这束光是没有偏振的。如果其电矢量的振动在垂直于光的传播方向的平面内不是各向同性的，我们把这种随着方向的改变，光波的电矢量大小是有差异的现象称作光是有偏振的。 通常，论述光的偏振有三种情况。 1）完全偏振光 在某一时刻，某一位置，在垂直于光传播方向的平面内，只在某一方向存在着电矢量，在和该方向垂直的方向上没有电矢量或其分量，这种光称为完全偏振光。深入研究，完全偏振光又有线偏振光（平面偏振光）、圆偏振光、椭圆偏振光之分。 线偏振光是随着光波的传播，其电矢量的振动方向始终不改变，在垂直于光传播方向的任意一个平面内，其投影是一条直线，因此，称其为线偏振光。而从三维空间来看，其电矢量的振动始终在一个平面内，因此，也称其为平面偏振光。 圆偏振光虽然在任一时刻，任一位置，在垂直于光传播方向的平面内，只在某一方向存在着电矢量，但其电矢量在垂直于光传播方向的平面内的投影，却不是一条直线，而是一个圆。它的电矢量其实是随着时间和位置的改变而改变的，而且它的改变是等幅改变。 椭圆偏振光与圆偏振光类似，它的电矢量其实是随着时间和位置的改变而改变的，只是它的改变是不等幅改变，其电矢量在垂直于光传播方向的平面内的投影，是一个椭圆。 2）部分偏振光 部分偏振光的电矢量在垂直于光传播方向的平面内的投影，也是一个椭圆，它和椭圆偏振光的区别在于，它是在任一时刻，任一位置，在垂直于光传播方向的平面内看到的电矢量外轮廓都是椭圆。部分偏振光可以看作是一个完全线偏振光和一个完全非偏振光的振幅合成。 3）完全非偏振光 在任一时刻，任一位置，在垂直于光传播方向的平面内看到的电矢量外轮廓都是圆的光，我们把它称作完全非偏振光。通常我们用“自然光”这个词汇来描述它。 2．偏振度 不论线偏振光还是部分偏振光，都可以称为偏振光，各种偏振光的偏振程度是不一样的，为了描述偏振光的偏振程度，定义一个函数——偏振度，用它来描述偏振光的偏振特性。 偏振度 min max min max I I I I P +-=

激光原理及应用实验报告(有详细答案)

实验一测定空气折射率 一、实验目的 1、熟练掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法； 2、学会调出非定域干涉条纹，并测量常温下空气的折射率。 二、实验原理 本实验室建立在迈克尔逊干涉光路的基础上来做的。激光束经短焦距凸透镜会聚后可得到点光源S，它发出球面波照射干涉仪，经G1分束，及M1、M2反射后射向屏H的光可以看成由虚光源S1、S2发出的。其中S1为点光源S经G1及M1反射后成的像，S2为点光源S经M2及G1反射后成的像。这两个虚光源S1、S2发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。我们称这种干涉为非定域干涉。随着S1、S2与屏H的相对位置不同，干涉条纹的形状也不同。当屏H与S1、S2连线垂直时（此时M1、M2大体平行），得到园条纹，圆心在S1、S2连线与屏H的交点O处。当屏H与S1、S2连线垂直平分线垂直时（此时M1、M2于H的距离大体相等），将得到直线条纹。 图1 实验装置 三、实验方法和步骤 1、测空气的折射率 调出非定域条纹干涉后，改变气室AR的气压变化错误！未找到引用源。，从而使气体折射率改变错误！未找到引用源。，引起干涉条纹“吞”或“吐”N条。则有错误！未找到引用源。，于是得错误！未找到引用源。（1）其中D为气室烦人厚度。 理论上，温度一定，气压不太大时，气体折射率的变化量错误！未找到引用源。与气压变化量错误！未找到引用源。成正比： 错误！未找到引用源。（常数） 故错误！未找到引用源。p，将式（1）代入可得错误！未找到引用源。 2、实验步骤 1）将各器件夹好，靠拢，调等高。 2）调激光光束平行于台面，按图所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩束器）。 3）调节反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。 4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。 5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为△p。 6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零。 7）计算实验环境的空气折射率

激光光束特性研究实验

目录 1实验任务 (1) 2设计原理 (1) 2.1基本原理 (1) 2.1.1激光束的发散角二 (3) 2.1.2激光光束横向光场分布 (4) 2.2测量方案 (4) 3实验过程 (5) 3.1测量前的准备 (5) 3.2光强横向分布的测量 (6) 3.3光斑半径w z及发散角二的确定 (6) 4实验结果及结论 (6) 4.1实验数据记录 (6) 4.2实验结果分析 (6) 5心得体会 (7) 6参考文献 (8) 附录1:实验原始数据记录 (8) 附录2:实验过程记录图 (9) 附录3:实验仪器清单 (10)

激光光束特性研究实验 1实验任务 利用氦氖激光器作为输出光源，通过测量其激光光束的发散角、光斑尺寸以及激光的光强来研究激光光束的特性。 2设计原理 2.1基本原理 普通光源的发光是由于物质在受到外界能量作用，物质的原子吸收能量跃迁到某高能级 （E2），原子处于此高能级的寿命约为10" ：10°s，即处于高能级的原子很快自发地向低能级（EJ 跃迁，产生光电磁辐射，辐射光子能量为 h “2-巳（1） 这种辐射为自发辐射，此辐射过程是随机的，即各发光原子的发光过程各自独立，互不关联。各原子发出的光子位相、偏振态和传播方向也各不相同。另一方面由于原子能级有一定宽度，所发出的光的频率也不是单一的。根据波耳兹曼分布规律，在通常热平衡条件下，处于高能级的原子数密度远低于处于低能级的原子数密度。因此普通光源所辐射出的光的能量是不强的。 由量子理论可知，物质原子的一个能级对应其电子的一个能量状态。描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道角动量L和自旋角动量S，它们都是量子化的。电子从高能级态向低能级态跃迁只能发生在L = _1的两个状态之间，这是选择原则。若选择原则不满足，则跃迁的几率很小，甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级，一旦电子被激发到这一能级上，由于不满足跃迁的选择规则，可使它在这种能级上的寿命很长，不易发生自发跃迁，这种能级称为亚稳态能级。但在外加光的诱发下可以迅速跃迁到低能级，并发出光子。此过程称为受激辐射，是激光的基础。 受激辐射过程大致如下：原子开始处于高能级（E2），当一个外来光子所带的能量h正好为某一对能级之差（E2 -巳），则这原子在此外来光子的诱发下由E2跃迁至E1，发生受

粒度仪实验报告

实验一 ls230/vsm+激光粒度仪测定果汁饮料粒度 1实验目的 1.1了解激光粒度仪的基本操作； 1.2了解激光粒度仪测定的基本原理。 2实验原理 激光粒度分析仪的原理是基于激光的散射或衍射，颗粒的大小可直接通过散射角的大小 表现出来，小颗粒对激光的散射角大，大颗粒对激光的散射角小，通过对颗粒角向散射光强 的测量（不同颗粒散射的叠加），再运用矩阵反演分解角向散射光强即可获得样品的粒度分布。 激光粒度仪原理图如图1所示，来自固体激光器的一束窄光束经扩充系统扩充后，平行 地照射在样品池中的被测颗粒群上，由颗粒群产生的衍射光或散射光经会聚透镜会聚后，利 用光电探测器进行信号的光电转换，并通过信号放大、a/d变换、数据采集送到计算机中， 通过预先编制的优化程序，即可快速求出颗粒群的尺寸分布。 3实验试剂与仪器 3.1实验样品：果汁饮料。 3.2实验仪器：ls230/vsm+激光粒度仪。 4实验步骤 4.1按照粒度仪、计算机、打印机的顺序将电源打开，并使样品台里充满蒸馏水，开泵， 仪器预热10分钟。 4.2进入ls230的操作程序，建立连接，再进行相应的参数设置： 启动run-run cycle（运行信息） （1）选择measure offset(测量补偿)，alignment（光路校正），measure background（测量空白），loading（加样浓度），start 1 run（开始测量 （2）输入样品的基本信息，并将分析时间设为60秒，点击start（开始）。 如需要测量小于0.4μm以下的颗粒，选择include pids，并将分析时 间改为90秒后，点击start（开始） （3）泵速的设定根据样品的大小来定，一般设在50，颗粒越大，泵速越高， 反之亦然。 4.3在测量补偿，光路校正，测量空白的工作通过后，根据软件的提示，加入样品控制 好浓度，obscuration应稳定在8-12%：假如选择了pids，则要把pids稳定在40-50%，待软 件出现ok提示后，点击done（完成）。 4.4分析结束后，排液，并加水清洗样品台，准备下一次分析。 4.5作平行试验，保存好结果，根据要求打印报告。 4.6退出程序，关电源，样品台里加满水，防止残余颗粒附着在镜片上。 5实验结果与讨论 5.1实验结果 由实验结果显示： 平均粒径：141.7μm 6思考题 6.1 ls230/vsm+激光粒度仪的技术特点 ls230/vsm+激光粒度仪的特点是测量的动态范围宽、测量速度快、操作方便，尤其适合 测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴。 （1）双镜头专利技术：避免了更换镜头的麻烦，测量宽分布颗粒时，大、小颗粒的信息 在一次分析中都可得到，大大提高了分析精度。 （2）pids（偏振光强度差）专利技术：用三种方法改进了对小颗粒的测定：多波长（450nm，