激光参数测量
高功率准分子激光参数测量研究
第35卷，增刊V01．35Suppl啪∞t红外与激光工程I n行ar ed a nd Las er E n百nee r i ng2006年10月O ct．2006高功率准分子激光参数测量研究华恒祺，赵学庆，郑国鑫，易爱平，叶锡生(西北核技术研究所，陕西西安710024)摘要：介绍了对高功率xeC l准分子激光M oPA系统中前三台激光器的输出激光进行的参数测量。
实验分别对M O PA系统的前端输出种子光及其经过一级、二级、三级放大后所得激光进行了测量，研究包括采用哈特曼波前传感器对激光近场波前的测量和采用激光光束分析仪对激光远场光强的测量两个方面，分别得出激光的近场相位均方根误差和不同光斑尺寸定义下的远场发散角等实验测量结果，将实验结果与系统设计值进行比较分析，从而对激光器系统输出激光作出评价。
关键词：高功率激光；哈特曼；波前；光斑定义；发散角中图分类号：TN24文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006增C—0055一05】Ⅵea sur i ng r es ear ch of t he par a m et e r s ofhi gh pow er exci m e r l as erH U A H e ng—qi，Z H A OX ue—qi ng，Z H EN G G u o-xi n，Y I A i—pi Il g，Y E X i-sh饥g(N o nl l w cs tI埘“utc ofN ucl谢融l l Il ol ogy，X i’狮710024，C量Ii m)A bs t r act：I n tl li s p印er'som e m e弱ur i n g r es earches on tl l e par锄et er s of t he f i rs t t hr ee hi gl l pow e r xe C l exci m er l as er s of M O f'A s yst em ar e i nt r oduce d．I n t he e xper i m e nt s，t he行ont—e nd l aLs er of m e M O f’A s ys t em aI l d t he l as er s aR cr t he f i r st，seco nd，t hi r d stage锄pl if i ers ar e m eaSur ed．W i t h H anm ann w ave．仔ont s ens o r and l as er be锄a na l yz e r't he di s仃i but i ons of tl l e ne ar f i el d w a ve仔ont and f．ar f i el d m t ens i t y of t he l鹊er ar c got．A nd t hest and删er r or s of phas e and f ar．f i el d di V e唱ence a ngl es ar e got．A R er com pa咖g t he exp er i m ent al r e sul t s w i吐l t he des i gn va l ues，a n e va l ua t i on on t he hi2l l pow e r l as er s ys t em i s m a de．K ey w or ds：H i gl l pow e r L舔er；H am naI l I l；w aV e舶nt；L邪er be锄def m i t i on；D i V e玛ence锄gl eO目高功率准分子激光具有波长短、增益高、与靶耦合效率高和可定标放大等优点，基于振荡一功率放大器(M ast er O s c i l l a t or Pow e r-A m pl i6e r，M O PA)技术是建立高功率准分子激光器系统常用的方法，采用这种技术可以有效提高激光的光束质量和输出功率。
固体激光器主要参数测量方法
固体激光器主要参数测量方法固体激光器，听上去就像是高科技的代名词，但其实它离我们的生活并不远哦！今天咱们就来聊聊固体激光器的主要参数测量方法，既轻松又有趣，别走开，坐稳了，咱们慢慢道来！1. 固体激光器的基本认识1.1 什么是固体激光器？首先，固体激光器可不是个高高在上的神秘物件，简单来说，它是通过固体介质来产生激光的设备。
想象一下，像一颗小小的宝石，闪闪发光，发出耀眼的光芒。
它的核心工作原理就是激发那些固体介质里的粒子，嘿，你说巧不巧，激光就这么跑出来了！1.2 为什么要测量参数？那么，为什么我们需要测量固体激光器的参数呢？这就像我们买水果，总得先看看水果新不新鲜吧！同样的道理，测量激光器的参数可以帮助我们了解它的性能，比如输出功率、波长、光束质量等等，这些都是决定激光器好坏的关键因素。
2. 主要参数及其测量方法2.1 输出功率输出功率是激光器最重要的参数之一，直接影响到激光的强度。
怎么测呢？其实很简单，咱们可以用功率计。
把功率计对着激光器的输出光束，数据一秒钟就出来了，简直像魔术一样！如果输出功率不够，那就得考虑是不是激光器出了问题，或者是不是得给它多“喂点料”了。
2.2 波长接下来，咱们聊聊波长。
这就像是不同颜色的光，蓝的、绿的、红的，都是因为波长不同。
测量波长可以用到光谱仪，简单说就是一个能把光分解成不同颜色的工具。
用光谱仪一照，数据就浮出水面，真是妙不可言！波长对很多应用场景都至关重要，比如激光切割、激光美容等等，得挑对了，才能事半功倍。
3. 光束质量3.1 什么是光束质量？光束质量，这听起来有点复杂，其实它关系到激光的集中程度和传播效果。
一个光束质量好的激光器，可以让光束更加集中，能量传递更高效，打个比方，就像是一把锋利的刀，能轻松切割食材。
3.2 测量光束质量的方法要测量光束质量，咱们可以用到M²因子。
这个因子越小，说明光束质量越好。
测量的方法也是很简单，咱们可以用到一台叫“光束分析仪”的设备，放在激光器前面，数据立马就能显示出来。
3-氦氖激光器的参数测量
氦氖激光器的参数测量（参考讲义）一台激光器的小信号增益系数,腔内损耗α，饱和光强及最佳透过率是重要的激光参数，直接影响着激光器的输出功率。
本实验在外腔激光器中用全反射腔镜，激光输出是通过在腔内插入可旋转平行板，利用平行板的反射率与入射角的关系，使激光的输出功率随平行板的旋转角度而改变，旋转平行板等效于可变透射率的输出镜。
通过测量激光输出功率与等效透射率的关系，用作图法获得以上参数。
0G s I opt Γ一、 实验原理光谱线的宽度一般由以下几部分组成：自然增宽N v Δ，碰撞增宽 ，和多谱勒增宽 ，自然增宽和碰撞增宽属均匀增宽线型，多谱勒增宽属非均匀增宽线型，自然增宽与谱线上下能级寿命成反比，如下式所示⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=Δττπν121121N(1) 式中1τ,2τ分别为上、下能级寿命。
碰撞增宽与气体压力p 成正比，如下式所示ap =Δρν (2) 式中a 为压力加宽系数，因不同气体不同谱线而异。
多谱勒增宽由激发谱线的粒子速度分布决定，与介质温度T 及原子量M 有关，还与激发谱线的中心频率0ν成正比，如下式所示()02/17/1016.7ννM T D −×=Δ (3) 式中0ν为谱线中心频率。
对某一谱线究竟哪种增宽起主要作用，属哪种线型有具体的物理条件决定。
1. 不同线型的增益饱和特性激光介质的增益吸收关于是随腔内光强的增加而下降的，这种现象叫做增益饱和，不同线型其增益饱和行为不同。
以均匀增宽为主的线型其增益饱和特性由下式描述：)()/1()2/()()2/()(002202v G I I v v v v v G s v +Δ+−Δ= (4)式中为腔内光强趋于零时频率中心处的益系数，叫做小信号增益系数。
为线型宽度,为频率为)(00v G v Δv I v 的激光强度,为饱和光强。
s I s I 与下列物理量的关系)1(为221324ττλπn v hc I s Δ= (5) 式中λ为光在介质中的波长,21τ为谱线的自发跃迁寿命,2τ为谱线上能级的总跃迁寿命。
半导体激光器常用参数的测定
半导体激光器常⽤参数的测定半导体激光器常⽤参数的测定⼀实验⽬的：掌握半导体激光器常⽤的电学参数及其测试⽅法⼀实验基本原理1、普通光源的发光——受激吸收和⾃发辐射普通常见光源的发光（如电灯、⽕焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作⽤时，原⼦中的电⼦就会吸收外来能量⽽从低能级跃迁到⾼能级，即原⼦被激发。
激发的过程是⼀个“受激吸收”过程。
处在⾼能级（E2）的电⼦寿命很短（⼀般为10－8～10－9秒），在没有外界作⽤下会⾃发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产⽣光（电磁波）辐射。
辐射光⼦能量为12E E h -=ν这种辐射称为⾃发辐射。
原⼦的⾃发辐射过程完全是⼀种随机过程，各发光原⼦的发光过程各⾃独⽴，互不关联，即所辐射的光在发射⽅向上是⽆规则的射向四⾯⼋⽅，另外未位相、偏振状态也各不相同。
由于激发能级有⼀个宽度，所以发射光的频率也不是单⼀的，⽽有⼀个范围。
在通常热平衡条件下，处于⾼能级E2上的原⼦数密度N2，远⽐处于低能级的原⼦数密度低，这是因为处于能级E 的原⼦数密度N 的⼤⼩时随能级E 的增加⽽指数减⼩，即N ∝exp(-E/kT)，这是著名的波⽿兹曼分布规律。
于是在上、下两个能级上的原⼦数密度⽐为]/)(exp[/1212kT E E N N --∝式中k 为波⽿兹曼常量，T 为绝对温度。
因为E2>E1，所以N2《N1。
例如，已知氢原⼦基态能量为E1＝－13.6eV ，第⼀激发态能量为E2=-3.4eV ，在20℃时，kT≈0.025eV，则0)400exp(/12≈-∝N N可见，在20℃时，全部氢原⼦⼏乎都处于基态，要使原⼦发光，必须外界提供能量使原⼦到达激发态，所以普通⼴义的发光是包含了受激吸收和⾃发辐射两个过程。
⼀般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四⾯⼋⽅发射，更使能量分散了。
2、受激辐射和光的放⼤由量⼦理论知识知道，⼀个能级对应电⼦的⼀个能量状态。
氦氖激光参数测量实验
He －Ne 激光参数测量实验氦氖激光束光斑大小和发散角测量实验目的1．掌握测量激光束光斑大小和发散角的方法。
2．深入理解基模激光束横向光场高斯分布的特性及激光束发散角的意义。
实验仪器用具氦氖激光器、光功率指示仪、硅光电池接收器、狭缝、微动位移台。
实验原理激光束的发散角和横向光斑大小是激光应用中的两个重要参数，激光束虽有方向性好的特点，但它不是理想的平行光，而具有一定大小的发散角。
在激光准直和激光干涉测长仪中都需要设置扩束望远镜来减小激光束的发散度。
1、激光束的发散角 θ激光器发出的激光束在空间的传播如图 1-1 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0w ，距束腰为 z 处的光斑半径为 w(z)，则 2/1220])(1[)(w z w z w πλ+= 其中λ是激光波长。
上式可改写成双曲线方程1]/[])([22020=-λπw z w z w 双曲线的形状已画在1-1 中。
我们定义双曲线渐近线的夹角θ为激光束的发散角，则有z z w w /)(2)/(20==πλθ (z 很大）（1.1）由式（1.1）可知，只要我们测得离束腰很远的 z 处的光斑大小 2 w(z)，便可算出激光束发散角。
2、激光束横向光场分布如图 1-1，激光束沿 z 轴传播，其基模的横向光场振幅00E 随柱坐标值 r 的分布为高斯分布的形式)](/exp[)()(220000z w r z E r E -= （1.2）式中)(00z E 是离束腰z 处横截面内中心轴线上的光场振幅， w (z)是离束腰z 处横截面的光束半径，)(00r E 则是该横截面内离中心r 处的光场振幅。
由于横向光场振幅分布是高斯分布，故这样的激光束称为高斯光束。
当量值r =w(z) 时，则)(00r E 为)(00z E 的1/e 倍。
前面的讨论中，我们并未对光束半径下定义。
He-Ne激光模式及参数测量
不相等，因此可以判断Ａ、Ｂ是两个纵模，而 C、D、E、F 是跳模。
(3)出现跳模的原因可能是：由于腔内温度的升高，使得粘贴在放电管两端的两个反射镜
片之间的距离加大，也就是谐振腔的腔长变大。
这将使得各本证纵模的谐振频率向低频方向漂移，输出激光的频率也随之减小。当 ������������:1
模的频率变成比������������模频率更接近中心频率 ������0 时，由于谱线竞争，������������:1模就可能战胜 ������������ 模取
(2) 保证倾角、高度不变，大范围内移动水平距离 Z，在不同距离观察 M，N，光电接
收器上的光斑位置，是否出现大幅度移动；
倘若大幅度移动，说明没有达到“平行、等高、垂直”；这时调节方向是往光斑反方向
运动的方向调节；直到光斑在 M、N、光电转换器上的光斑不随着水平距离 Z 的变化发生大
幅度移动。其原理如下：
e
2
x xc w2
2
π /2
严格满足高斯型表达式。按照高斯光束理论，w 即为光斑半径，代表着光强下降到最大
值的 ������;2。因此第一组数据测量所得的光斑半径为：
������ = 0.068 + ������������������������ × ������������������[− 2(������;26.8.644266)2]
������1 = 2.84 mm，相关系数 ：γ = 0.998。满足实验精度要求。理想情况下表达式为：
������(������,
������)
=
������(������,
0)������������������[−
2������2 ������(������ )2
激光参数测量
研究了两个光纤激光器的相位锁定及其相干输出。
将两个光纤激光器的输出耦合进一个自成像共振腔,然后利用一个空间滤波器进行模式选择。
自成像共振腔由两个焦距为8mm的准直透镜、一个焦距为500mm的傅里叶透镜和一个耦合输出镜组成。
滤波器由两根20m的铂金线组成,并放置在耦合输出镜面上。
实验中,观测到光束截面图样具有高对比度的干涉条纹。
输出镜反射率在50%和30%情况下,分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率。
在总抽运功率为60W时,获得了18.3W的高相干功率输出。
稳定的相位锁定是由于激光器阵列具有能适应光程长度变化的自调节过程。
图4参18(于晓光)TN248.92007010218紧凑型人眼安全OPO激光器=Compact eye safe OPO la ser[刊,中]/包照日格图(固体激光技术国家级重点实验室.北京(100015)),王博//激光与红外.2006,36 (8).639640提出了OPO与泵浦源激光器共用一个谐振腔的新型结构,保证了OPO谐振腔和基波谐振腔的腔模最佳匹配,OP O光束质量得到了很大提高。
泵浦源激光器采用布氏角切割的Cr!YAG晶体作为被动Q开关,定向棱镜作为谐振腔全反镜,使得整个OPO激光器具有结构紧凑、抗失调能力强的特点。
1.57m激光的输出能量为8mJ、发散角为5.5mr ad、重复频率为1/6Hz。
图2参2(严寒)TN722.322007010219对卡塞格林式多程放大器中环形光束传输的数值模拟= Numer ical simulation for transfor mation of annular laser beam in Cassegr ain multi pass amplifier[刊,中]/李玮(四川大学电子信息学院.四川,成都(610064)),冯国英//中国激光.2006,33(9).12141219利用光线追迹法以及分步傅里叶贝塞耳变换法,考虑了光阑对光束的拦截和通光作用以及激光放大过程中的增益饱和效应,对环形腔调Q钕玻璃激光系统振荡器输出的光束经卡塞格林式放大器多程放大后的光场演化过程进行了数值模拟,并进行了实验验证。
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 『 ／ ＼
．
ｏ ，
（ 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
激光雷达参数指标测试
激光雷达参数指标测试激光雷达（Lidar）是一种通过发射激光束并接收反射的激光信号，利用光电传感器进行测距和图像建模的设备。
它在许多领域中被广泛应用，包括自动驾驶、机器人导航、环境监测等。
为了确保激光雷达的性能和精度，需要进行各种参数指标测试。
首先，激光雷达的距离精度是一个重要的指标。
距离精度表示激光雷达在测量目标距离时的误差范围。
一般来说，距离精度应在厘米级别，并且随着目标距离的增加而逐渐增大。
测试距离精度的方法包括在实验室环境下使用距离标准器进行校准，以及在实际场景中与其他测量设备进行对比。
其次，激光雷达的角度精度也是一个重要的指标。
角度精度表示激光束的出射和接收方向与理论值之间的差异程度。
角度精度的测试可以通过激光雷达与旋转平台结合使用，记录激光束击中目标的实际角度，并与理论角度进行比较。
此外，激光雷达的角度分辨率也是需要测试的指标。
角度分辨率表示激光雷达能够分辨两个非重叠目标之间的最小角度间隔。
角度分辨率的测试方法包括在实验室环境下使用旋转平台模拟目标，记录激光雷达所测得的角度，并计算出角度分辨率。
性能退化是激光雷达的一个重要问题，因此需要进行性能退化测试。
性能退化测试是在不同环境条件下进行的，包括不同天气条件（如雨、雪、雾）和不同光线条件（如白天和夜晚）。
通过测试，在各种环境条件下，激光雷达的性能和精度是否能够保持稳定。
此外，激光雷达的可靠性测试也是必不可少的。
可靠性测试包括长时间工作测试，检查激光雷达在连续工作时是否会出现性能下降或故障。
同时，还需要进行抗干扰性测试，即检查激光雷达在其他电磁信号或光照强烈的环境中是否能正常工作。
最后，激光雷达的功耗也是需要测试的重要指标。
功耗测试可以帮助评估激光雷达的节能性能，以及在不同工作条件下的能耗情况。
测试方法包括在实验室环境中对激光雷达进行功耗测量，以及在实际场景中进行功耗监测。
综上所述，激光雷达参数指标的测试是确保其性能和精度的关键步骤。
通过进行距离精度、角度精度、角度分辨率、性能退化、可靠性和功耗等方面的测试，可以确保激光雷达在实际应用中能够稳定可靠地工作。
光纤激光器参数测量
光纤激光器参数测量一、实验目的：1.了解光纤光栅的工作原理及相关特性；2.了解光纤激光器的工作原理及相关特性；3.掌握光纤激光器性能参数的测量方法；二、实验原理：全光纤可调谐激光器是高速大容量光通信系统中的关键部件，特别是它的较宽的增益带宽和简便稳定的调谐结构，以及其激光波长恰好处在光通信1500nm 波段等诸多独特优点，越来越引起广大光通信工作者的极大重视，已成为激光器研制领域的一个热点。
在光纤通信中，稀土掺杂的光纤激光器较之半导体激光器有如下优点：1.不必经过光电转换可直接对光信号放大。
在不改变原有的噪声特性和误码率前提下，可以直接放大数字、模拟或者二者的混合数据格式。
2.光纤激光器的激射波长由基质材料的稀土掺杂剂所决定，不受泵浦光波长的控制。
3.光纤激光器和光纤放大器与现有的光纤器件(如耦合器、偏振器和调制器)完全相容，可以制作出完全由光纤器件组成的全光纤传输系统。
通过定向耦合技术和Bragg反射器技术，可以制作出窄线宽、可调谐的光纤激光器。
4.光纤激光器可以作为光孤子源。
掺铒光纤锁模激光器能直接产生足够功率的变换极限超短光脉冲；同时由于光脉冲在光纤谐振腔中传输时的非线性效应，在适当的条件下，可产生脉宽为数十或数百飞秒的变换极限双曲正割形光脉冲，是光孤子通信的理想光源。
光纤调谐激光器常用的调谐方法有旋转光栅、调节腔内标准具角度、利用声光滤波器、电调液晶标准具、可调谐光纤光栅等等，调谐范围为几nm到几十nm。
非光纤调谐器件与光纤之间的耦合将不可避免地增大腔内的插入损耗，从而导致激光器的低斜率效率和高阈值。
可调谐光纤光栅是光纤器件，用光纤光栅作为调谐装置能与光纤兼容，可有效克服用非光纤调谐方法所造成的插入损耗问题。
本实验使用光纤光栅调谐装置调谐环形腔掺铒光纤激光器的输出波长，实现窄线宽可调谐激光输出。
实验装置如图2所示。
图2可调谐光纤光栅激光器原理图三、实验装置：图3：可调谐光纤光栅激光器实验装置示意图四、实验内容：1.实验装置连接按图示光路连接实验装置，将实验仪主机背板通讯接口用串行通讯电缆连接至计算机主机COM1口，打开实验仪主机电源后再运行计算机上的测试软件。
激光、激光技术 激光参数测量
体粒径增大而增加,且光波模式向低频方向漂移;模式频率间隔只受散射体粒径影响而与散射体浓度(占容比)无关,粒径增大时频率间隔变小;模式特征与散射体的类型无关,最优散射体折射率在2左右。
图5参12(于晓光)TN2422007054223环形非稳腔倒向波抑制镜抑制效果的数值模拟=Numeri cal st imulation for rever se wave suppr essor in unstable r ing resonator[刊,中]/黄剑峰(中科院上海光机所.上海(201800)),施翔春//中国激光.―2007,34(3).―370373通过自洽方程,用Matlab计算带有倒向波抑制镜的环形非稳腔正、倒向波的稳定过程。
改变腔长、放大率等参数来计算,发现使用倒向波抑制镜能明显提高正向波的输出,并能抑制倒向波。
气体分子的多普勒频移导致正、倒向波的频率变化。
频率分开的越小,竞争越大,抑制效果越好,正向波输出功率则有所下降。
对于特定的结构,存在最佳的放大率,使正向波的输出最大。
图5参14(杨妹清) TN2432007054224一种新型光子晶体双色谐振腔=A new double wavelength photonic crystal resonator[刊,中]/许桂雯(深圳大学工程技术学院固态光子技术研究室.广东,深圳(518060)),欧阳征标//光子学报.―2007,36(3).―429433提出一种新型的光子晶体双色谐振腔,以光学传输矩阵法为基础给出了设计的关键参量及其优化方法,并分析了其物理原理。
根据常用的650nm/780nm,532nm/671 nm,1079nm/1320nm和1064nm/1319nm等双色激光谱线,设计了四个光子晶体双色谐振腔结构。
这种一维光子晶体谐振腔只需要一个谐振腔,缺陷层两侧周期数为五层时,该腔体总厚度<5m,可获品质因子为103~104,相对带宽为10-4~10-5的双色谱线,且模式纯净,基于基模谐振。
高精度激光光束参数(M'2因子)测量系统的研究
高精度激光光束参数（ 因子） ｍ２ 测量系统的研究‘
高清孙伟高伟李泽魏辉 春 明 家 光
（ 北京理工大学光电工程系， 北京 工０８） ００１ 提要： 报道了高精度激光光束参数（ 因子） Ｍ＇ 侧量系统的原理、 结构和实验结果。该系统以数字化制冷面阵Ｃ Ｕ Ｃ 为探测器， 有 图像背景扣除、 具 噪声确定、 光斑能量分布二维和三维显示、 图像直方图、 光束宽度、 发散角、 因子 Ｍ＇ 等光束参数测量等功能， 已用于对多种灯抽运，Ｄ抽运固体激光器光束参数的侧量。此外， Ｌ 还研制了可产生从
２ 测量系统
高精度光束参数（ 因子）１ ＭＺ 钡量系统的结构如 图１ 所示， 其探测器 为 Ｋ ｄ ｏａ ｋ数字化制冷面阵 Ｃ Ｄ 像元数为 １３ ｘ ４像元大小为 ９ ｘ Ｃ， ５６ ０ ， １２ ｆ ｕ ｎ
量相关的 大部分工 作都可以在此软件内完成５， ］
３ 实验研究
我们利用研制的激光光束参数测量系统已对 日 抽运单频固体激光器， 〕 灯泵高功率固体激光器、 Ｌ 抽运高功率连续输出固体激光器、Ｌ抽运高重 Ｄ Ｌ〕 频固 体激光器， 灯抽运大能量固体激光器的光束参 数进行了测量。作为例子， 给出了 Ｌ 图２ Ｄ抽运单
ｄｅ ｅ ａｄ 一ｃ ｒ ｒｉｔ ｓＦｒ ｉ ｔ ｒｉｉｙ ｈ ａ ｖ ｓｔ ａ ｐ ｐ ｍ ｄ ｇ ｅｔ ｉｒｎ Ｍ ｆｔ ｄ ｅ ｎ ｉ ． ｔｔｇ ｅ ｂｉ ｏｔ ｂ ｅ ｅ Ｌ－ ｍ ｅ ｏ ｅ ｒｏ ｖｇ ｃ ｎ ＇ ａｏ ｅ ｍ ａｏ ｏ ｅ ｎ ｈ ｌ ｌ ｆ ｏ ｙ ｍ Ｄ ｕ ｄ ｅ ａ ｒ ｅ ｔ ｎ ｓ ｅ ｔ ａ ｅ ｓ ｎ ｗ ｉ ｃ ｇ ｅ ｔ Ｈｎｉ－ａ ｓｎ ｄ ｆｍ ： ｔ Ｔ Ｍｓ 。 ｄｖｏｅ． ｅ 一 ｃｒ ｄｆｅｔ ｈｈ ｅ ｒｅ ｎｅ ｕ ｉ ｍ ｅ ｒ Ｔ Ｖ ｏ ， ｃ ａ ｎ ａ ｅ ｔＧ ｓａ ｏｓ ｎ ｏ ＥＩ － Ｅ ． ｏ ｅ ｌ ｄ Ｔ Ｍ ｆｔ ｏ ｉ ｒ ｅｐ ｈ ２ ａｏ ｆ ｅｎ ｆ
激光束的特征参数与测量方法
激光束的特征参数与测量方法专业：学号：学生姓名：指导教师：摘要自我国自主研发出第一台激光器后，我国的激光技术得到了快速发展，由于激光具有独特的特性使其得以在许多行业被应用及发挥着重要作用。
如：科学研究、军事应用、日常生活等。
在研发激光的时我们很关心激光的参数及测量方法。
研究激光的基本参数有光斑的大小、激光功率、发散角、2M因子等。
光束质量是衡量激光光束优劣的一项重要指标。
历史上光束质量有多种定义，曾针对不同的应用目的提出过不同的评价方法。
而光束传输(2M)因子在无光阑限制的近轴光学系统中由光束自身的分布特性唯一确定，与光学系统参数无关，且同时反映光束的近场和远场特性，在数学上又具有严密性，所以在某些情况下，它是评价激光光束质量的一个重要参数。
本文通过对激光的特征参数及质量评估参数的定义和测量方法做系统的介绍，帮助日常生活中进行激光器的选择应用，同时对激光的质量评价有了更深的了解。
关键词：光束质量；M2因子；基本参数；测量方法The characteristic parameters of laser beams and itsmeasurement methodsAbstractWith the increasing development of laser, the application of laser has penetrated intoavariety of fields such as scienc,technology,military and social development .how to define and measure its parameters is a popular and significant topic for scholars to discuss and study .Such as the light optical spot area,laser power ,angle of divergence beam, propagation factor.Beam quality is an important index. There are many definitions of beam quality. Also there are some different evaluating ways based on different applications. While passing through a paraxial optical system without aperture, beam propagation factor is only determined by the distributing characteristics of beam itself. Beam propagation factor has nothing to do with the optical system parameter. It reflects the features of near-field and far-field and is mathematically tight. So in certain circumstances, it is an important parameter to evaluate the beam quality.This article give a reasonable guide on the choice of laser device by elaborating the definition and measure methods of the feature parameters and quality evaluation parameters of laser.as the same time,helping us have a deeper understanding on quality evaluation of laser.Keyword: beam quality; M2factor; parameter; measurement methods目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1 激光简介 (1)1.2激光基本原理 (2)1.2.1光子的基本性质 (2)1.2.2 光的受激辐射放大 (3)1.3激光光束相关参数 (5)1.3.1基膜高斯光束的参数 (5)1.3.2激光质量评估参数 (6)1.4影响光束参数的因子 (8)1.5论文研究意义和内容安排 (8)第二章高斯光束的特征参数 (10)2.1高斯光束概述 (10)2.1.1光强分布特点 (10)2.1.2相位分布特点 (12)2.1.3瑞利长度(共焦参数)Z0 (13)2.2基模高斯光束 (13)2.3基模高斯光束在自由空间的传输规律 (14)2.4基模高斯光束的特征参数 (15)2.5基模高斯光束特征参数测量方法 (17)2.5.1光斑半径测量 (17)2.5.2发散角的测量 (19)2.6氦氖激光器的光斑半径及发散角测量 (21)2.7高阶高斯光束 (24)2.8本章小结 (26)第三章激光光束质量评价参数 (27)3.1 M2因子 (29)3.1.1广义截断二阶矩法 (30)3.1.2渐近分析法 (31)3.1.3 自收敛束宽法 (32)3.2光束M2因子测量方法 (32)3.3脉冲激光光束质量的测量 (34)3.4其他质量评估参数 (35)3.5实际激光光束质量的评价 (38)3.6本章小结 (39)第四章总结与展望 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录 (43)第一章绪论自激光产生以来，对激光产生和发射的研究已经发展得很成熟，随着激光应用的广泛深入，对激光参数的定量测量也越来越重要。
接触网激光参数检测仪使用方法
DJJ-8型接触网激光参数检测仪使用方法1、准备工作（1）仪器放置标准将测量架放置于待测目标下方的轨道面上，拨动测量架右端的轨距手柄，使测量架两端的固定测脚和活动测脚都紧靠钢轨内沿。
保持测量架与轨道基本垂直。
将主机放置于测量架的定位盘上，并使旋紧旋钮处于旋紧状态。
（2）开机打开电源开关后，按下键盘上“启动”按钮，显示屏出现“请向右旋转主机”，根据提示用手轻轻旋转主机头(禁止快速旋转)，直至显示屏上出现视频图像，即表示仪器进入正常测量状态，可以开始测量。
（3）瞄准仪器的显示屏中央有白色十字丝，通过前后挪动测量架和旋转主机头，使十字丝中心与待测目标完全重合。
瞄准时，可先用手转动主机头进行粗调，然后根据需要可旋转微调旋钮进行微调，直到对准目标。
在光线较弱的情况下也可以按“长光”键打开长光[注]用眼睛观察红色激光点辅助瞄准。
（4）、测量在正常测量状态下，瞄准目标后即可按下相应功能键进行测量，并显示测量结果。
如果没有瞄准目标则提示“进入盲区或未对准目标请重新测量”。
2、参数测量（1）、标准模式：导高、拉出值、轨距、超高将仪器按“仪器放置标准”放置；正常测量状态下瞄准目标后，按下“测量”键，即可显示结果（示例如下）:注：拉出值拉向仪器左侧为“+”，拉向右侧为“-”；以仪器右侧超高为“+”，右侧偏低为“-”。
（2）、红线标高、侧面限界测量将仪器按“仪器放置标准”放置；正常测量状态下瞄准支柱上的红线（没标注红线时瞄准目测近似点即可）。
按下 “红线”键，即可显示结果（示例如下）:注：红线高于实际轨面为“+”。
（3）、 500mm 处高差测量将仪器按“仪器放置标准”放置于“500mm 处”下方的任意一对钢轨上。
正常测量状态下按下 “500mm ”键，进入500mm 出高差测量模式。
仪器提示“请测量第一点”，瞄准第一条接触线后按下“测量”键。
仪器提示“请测量第二点”，瞄准第二条接触线，按下“测量”键，即可显示结果（示例如下）:如果显示屏显示的线距数值接近500mm 时按“确认”键完成测量。
测绘技术中的激光测量方法与技巧
测绘技术中的激光测量方法与技巧激光测量技术是一种非常重要且广泛应用于测绘领域的测量手段。
它以激光器发射出的激光束作为测量工具，通过测量光束的时间、强度等参数，进行各种测量和监测任务。
在测绘领域中，激光测量技术具有高精度、高速度以及非接触式测量等优点，已经成为测绘工作者必备的技术手段之一。
一、激光测距技术激光测距是激光测量技术中的一项基础工作，主要用于测量目标物体的距离。
激光测距技术通过测量激光束从发射到接收的时间来计算出目标物体与测量仪器之间的距离。
在实际应用中，激光测距技术可以通过单次测距和多次测距两种方式来实现。
单次测距适用于对静态目标进行距离测量，而多次测距则适用于对动态目标进行距离测量。
在激光测距技术中，准确标定激光器的发射和接收时间是非常重要的，关系到距离测量的准确性。
二、激光测角技术激光测角技术是测绘领域中常用的一种测量方法，主要用于测量目标物体的角度。
激光测角技术通过测量激光束相对于测量仪器的转角，来计算出目标物体的角度。
在实际应用中，激光测角技术可以通过机械式和电子式两种方式来实现。
机械式激光测角技术主要依赖于机械结构的旋转来实现角度测量，而电子式激光测角技术则通过传感器和电子元件来实现角度测量。
无论是机械式还是电子式激光测角技术，都需要对测量仪器进行准确标定，以保证角度测量的精度。
三、激光扫描技术激光扫描技术是激光测量技术中的一种重要应用，主要用于获取目标物体表面的三维信息。
激光扫描技术通过激光束在目标物体表面的扫描，记录下每个扫描点的距离和角度信息，再通过数据处理和分析，生成目标物体的三维模型。
在实际应用中，激光扫描技术可以分为主动扫描和被动扫描两种方式。
主动扫描是指激光器主动向目标物体发射激光束，并记录扫描点的信息；而被动扫描是指利用三维激光扫描系统对目标物体进行全方位的扫描，获取其表面的三维信息。
四、激光测绘中的数据处理技巧在激光测绘中，数据处理是非常重要的环节，直接关系到测量结果的准确性和可靠性。
半导体激光器常用参数的测定
半导体激光器常用参数的测定半导体激光器是一种利用半导体材料作为激光发射媒介的激光器件，其具有体积小、功耗低、效率高、寿命长等优点，因而广泛应用于通信、显示、医疗、测量等领域。
要对半导体激光器进行准确的性能评估和优化设计，需要对其常见参数进行测定和分析。
以下是常用参数的测定方法。
1.阈值电流阈值电流是指激光器开始工作并产生激射的电流值。
常用方法是在不同电流下，通过测量输出光功率与电流之间的关系曲线，找到电流达到稳定值时的临界点。
2.工作电流范围工作电流范围是指激光器可以稳定工作的电流范围。
方法是在不同电流下，测量激光器的输出光功率和电流之间的关系曲线，确定允许的工作电流范围。
3.工作温度范围工作温度范围是指激光器可以稳定工作的温度范围。
方法是在不同温度下，测量激光器的输出光功率与温度之间的关系曲线，确定允许的工作温度范围。
4.光谱特性光谱特性包括波长、谱线宽度等参数。
波长可以通过光谱仪精确测量，谱线宽度可以通过测量激光器输出光功率随波长的变化规律来评估。
5.输出功率输出功率是指激光器的实际输出功率。
测量方法是将激光器的输出光功率直接测量或者通过标定其他光源进行对比测量。
6.效率效率是指激光器将输入电功率转换为输出光功率的比值。
测量方法是通过测量激光器的输入电功率和输出光功率来计算效率。
7.时域特性时域特性包括上升时间、下降时间等参数，用来评估激光器的调制响应能力。
常见方法是通过测量激光器的脉冲响应曲线来获取。
8.光束质量光束质量是指激光器输出光束的直径、发散角等参数,可以通过光学系统和束探在对应测距仪等获取。
9.寿命寿命是指激光器长时间稳定工作的能力，可以通过对激光器在一定时间内的功率衰减进行监测和检测来评估。
总之，半导体激光器的性能评估和优化设计需要测定一系列的参数，如阈值电流、工作电流范围、工作温度范围、光谱特性、输出功率、效率、时域特性、光束质量和寿命等。
通过准确测量和分析这些参数，可以评估激光器的性能，并为激光器的应用提供参考和指导。
激光腰斑参数的测量
Vmax 2.76V , 84%V 2050mV ， 16%V 400mV , T 106.4ms ， f 150mm ， R 38mm
表 1 实验测量的记录数据
七、实验总结与分析：
图 6 实验测量数据的拟合图像
对刀口法测量高斯光束光斑半径进行理论与实验两方面研究，研究结果表明，可采用不
6
是光束在斩波器其中一个孔上扫过的弧长。测出多个位置的光斑大小，拟合即可得到TEM 模激光场的腰斑半径 和位置t 。 四、实验步骤：
（1）按照图 4（a）摆放实验仪器并固定
（2）打开示波器，调节激光光束，让激光光束进入探测器内，在示波器观察最大电压 的数值，直到调到一个最大值为止。
（3）调节示波器让上下两条横线处在16% 和 84% 处。 （4）移动斩波器，调节示波器两条竖线读出时间 t ，记录实验数据。
图 4 实验测量装置 在实验中，为提高测量效率，刀口用一个斩波器代替。斩波器旋转时对光束做切割，探 测器输出的信号接入到示波器，显示为方波（如图 5 所示），设方波的周期为 T，上升沿时 间为 t（从最大值的 6%上升到到最大值 84%的时间）。
图 5 示波器输出的方波示意图
那么，该处的光斑半径 满足 = 6，其中 R 是光斑距斩波器轴心的距离，
图 3 对腰斑半径的测量方案 如图 3 所示，在高斯光束束腰两侧 Z 轴等距离间隔测出一组数据（t ， ），通过拟合
双曲线 =
t t t 就可以得出高斯光束的束腰半径及束腰位置 和t 。
三、实验装置及实验内容： 整个装置需要：一个斩波器（可用风扇改装），一个光电探测器。整个实验可在普通实验室 进行。
图 2 高斯光束腰斑半径 设在刀片没有遮挡时高斯激光光束的功率为 P，在激光传播方向上选定一个位置t ，沿 X 轴方向旋转测微器移动刀口，当刀口运动到 处时，刀片会挡住 16%的激光功率，即此时 功率探测到的功率为 P ，且 P = 84%P 时，记录下此位置 。再沿 X 轴方向继续移动刀口，
激光器的特性及其参数测量
平均值
五、实验内容
光栅
激光器
功率计探头
功率计
1. 按上图调整好光路， 预燃激光器20～30分钟，待激光输 出功率基本稳定后开始测量
2. 每隔0.5 mA 测量一次功率， 画出P（功率）-I （电流） 曲线，电压-电流曲线。
3. 每隔一段时间测量一次功率，求出在总测量时间内的功 率稳定度。（步长30秒，测20组数据，注意选择功率计 的最佳量程）
二、实验目的与要求
1. 正确使用激光器、激光能量计（功率计） 2. 掌握激光的常见特性及其参数的测量原理
三、实验仪器
He-Ne 激光器、半导体激光器、 激光功率计、 光电探测器、光具座、 透镜 、 偏振镜、光阑、 读 数显微信镜、光栅
四、实验原理
（一）输出功率的特点及其测量——光电法 利用激光的入射功率与光电探测器的输出电流成正比
（也可以采用光热法或光压法），在总压强 和 He-Ne 配比 一定的情况下，激光器的输出功率和放电电流存在特定的关
系。 对应输出功率极大值的放电 电流称为最佳放电电流。
由于受到放电电流、工作频率、谐振腔耗损、以及温度 等因素的影响，He-Ne 激光器的输出功率会随时间变动。
定义功率稳定度ห้องสมุดไป่ตู้ 最大值
最小值
实验二 激光器的特性及其参数测量
一、背景知识介绍
激光作为一种新型光源，具有方向性强、单色 性好、高亮度等突出特点。1960年第一台红宝石激 光器诞生，激光器的工作物质可以是气体、液体、 固体。激光应用的领域有非线性光学，傅立叶光学、 全息技术等，在计量科学、通讯、化学、生物、材 料加工、军事、医学、农业等方面都有应用。
激光功率测试方法
激光功率测试方法
激光功率测试方法通常可分为以下几种：
1. 热光参数法：利用一个热敏电阻或热电偶来测量激光器的散热功率，根据激光器散热功率与激光输出功率之间的比例关系，来推算出激光器的输出功率。
2. 光电参数法：利用一个光电探测器来测量激光器的输出功率。
光电探测器可根据激光器输出的光信号，将其转换成电信号，从而测量出激光器的输出功率。
3. 反射法：利用一个带有特定反射镜的功率仪来测量激光器的输出功率。
该反射镜将一部分激光能量反射回来，通过功率仪测量这部分反射光的能量，从而推算出激光器的输出功率。
4. 绝对功率法：利用一个精确校准的功率仪来直接测量激光器的输出功率。
该方法需要使用高精度的功率仪器，并确保仪器的校准准确性。
需要注意的是，在进行激光功率测试时，应遵循相关的安全操作规程，并使用适当的防护设备，以确保人员和设备的安全。
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A
K
AK
AK
输出波长有： 632.8nm,1.15μm,3.39 μm 功率可1mW~几十mW，波长的稳定度在10-6左右
输出 线偏 振激 光光
5
2.激光参数的定义及测量
3.1.功率 激光器单位时间内所发生出的激光能量。反映激 光输出光能量的大小。单位：W或Lm。对脉冲激 光，用输出能量评价。使用功率计或能量计测量
激光器特性及其参数测量
华南师范大学 黄佐华
一·概述
激光器特性及其参数测量实验是近代物理实 验的重要实验之一。激光具有亮度高、方向 性强及单色性或相干性好等特点。在科学研 究及工农业等领域有广泛应用。由于激光器 的种类很多，性能各异，有气体、固体、液 体、半导体激光器等。需要建立一些指标对 其特性进行评价。激光主要参数有：功率稳 定度、发散角、偏振度及波长等。脉冲激光 还有能量、脉冲宽度等。
3.4偏振度
A Imax I min I max I min
%
反映激光的偏振特性。He-Ne激光器有部分偏振及 线偏振激光。使用旋转偏振片测量。
四·实验内容与注意事项
实验仪器： He-Ne激光器及激光功率计等
1.激光功率及其稳定度 2.发散角 3.偏振度 4.注意小光阑的定位误差 5.综合设计性实验（波长测量）
二.实验目的
1. 熟悉几个评价激光器参数的定义 2.掌握激光器特性及其参数的测量原理及方法 3.学会正确使用激光器、激光功率计或能量计
三·实验原理
1.激光基本原理及组成
激光是受激辐射放大的光。激光器由激光物 质、激励源及谐振腔组成。是目前相干性最 好的人造光源，具有一般光源没有的特点。
气体激光器
半径。
激光发散角定义为
w(z)
z
z处的光斑半径与距离z之比，单位：mrad.反 映激光器的方向性、准直性。
测量光斑半径主要方法：光阑法与光点法，还有CCD法等
光阑法
为光阑直径
(z)
2
ln
P0 P0 P
1 2
光点法：
用小孔光阑和激光功率计沿光斑直径对激光束 进行扫描，画出I-R曲线。
3.2.功率稳定度
S Pmax Pmin % 2P
反映激光器输出激光功率在测量时间内的波动程度，
是激光器的重要质量之一。
3.3发散角
激光器光斑的强度分布符合高斯分布规律。
I
(r,
z)
I0
(z)
exp
2r 2 w2 ( z)
其中 为激光强度是其最大值的1/e2倍时
所对应点离光斑中心点的距离。称为光斑