激光束光斑尺寸和研究概况

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光学专业毕业设计:激光光斑尺寸的测量和研究.

光学专业毕业设计:激光光斑尺寸的测量和研究.

激光光斑尺寸的测量和研究摘要激光光斑尺寸是标志激光器性能的重要参数,也是激光器在应用中的重要参量。

本文主要介绍了两种测量激光光斑尺寸的方法:刀口扫描法,CCD 法。

分析了利用刀口法测量高斯光束腰斑大小的测量实验装置,并阐述了具体的测量过程。

此方法对激光光斑大小测量是可行的。

实验装置简单实用。

CCD法是利用CCD作为探测传感器,可以更精确地测出激光器的光斑尺寸和束腰光斑尺寸,克服了传统测量的繁杂过程,并用计算机控制及数据处理,测量精度得到提高,为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。

本文给出了这两种方法测得的数据及处理结果。

结果表明,刀口扫描法对高能量光束半径的测量特别实用,装置简单,可在普通实验室进行测量。

CCD法检测的直观性好,不需要辅助的逐行扫描机械移动,成像精度和检测精度高。

关键词激光光斑尺寸;Matlab;CCD传感器;刀口法The Measurement and Research of Laser SpotSizeAbstractThe size of Laser spot is not only one important parameter of laser performance, but also in laser application.This paper introduces two methods of measuring laser spot diameter: scanning method, CCD: knife method. We analyze of measurement is cut the size of the gaussian beam waist measurement device spot, and elaborates on process of the measurement. Using this method of laser spot size measurement is feasible. The experiment device is simple and practical. CCD method uses the CCD sensor as a detection can be more accurate to measure the size of the laser spot and waist size spot, overcoming traditional measurement process and using computer control to deal with data processing, and the measurement accuracy is improved, providing a new method for laser performance study and light information processing. At the same time, it gives two methods of measured data and processing results.The results show that the method of blade scanning is practical for high-energy beams radius’s measurement. Simple device can be operated in ordinary laboratory. CCD detection method is visually good, and do not need to manufacture progress ive-scan auxiliary of the machine movement, the imaging accuracy and precision is the higherKeywords Laser spot size; Matlab; CCD sensor; knife-edge method.哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)1.1 课题背景 (4)1.2 国内外研究现状 (5)1.3 论文研究的内容 (7)第2章激光光斑测量方法探究 (8)2.1 刀口扫描法测激光光斑直径研究 (8)2.2 CCD测激光光斑直径方法 (12)2.3 本章小结 (20)第3章激光光斑尺寸的测量与数据分析 (21)3.1 刀口法测光斑直径 (21)3.1.1 90/10刀口法理论及方法 (21)3.1.2 计算理论 (23)3.1.3 实验数据处理 (23)3.1.4 实验分析 (25)3.2 CCD法测激光光斑方法 (25)3.2.1 用CCD拍摄光斑图像 (25)3.2.2 Matlab的图片处理 (26)3.2.3 图像处理结果 (26)3.2.4 实验分析 (29)3.3 本章小结 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录A 英文原文 (34)附录B 中文译文 (38)附录C Matlab程序 (42)第1章绪论1.1课题背景激光技术对国民经济及社会发展有着重要作用,激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。

激光做的实验报告

激光做的实验报告

实验名称:激光特性实验一、实验目的1. 了解激光的基本原理和特性;2. 掌握激光器的使用方法和操作技巧;3. 通过实验,加深对激光原理和特性的理解。

二、实验原理激光是一种高度相干的光,具有单色性好、方向性好、亮度高和能量密度大等特点。

激光器是产生激光的装置,其工作原理基于受激辐射。

本实验主要研究激光的单色性、方向性和亮度。

三、实验仪器与材料1. 激光器:He-Ne激光器;2. 激光电源;3. 光具座;4. 光栅;5. 光屏;6. 光电池;7. 照相机;8. 精密计时器;9. 实验数据记录表。

四、实验步骤1. 将激光器安装在光具座上,确保激光器水平稳定;2. 将光栅固定在光具座上,使其与激光束垂直;3. 将光屏放在光具座另一端,与光栅平行;4. 开启激光电源,调节激光器输出功率,观察激光束在光屏上的光斑;5. 改变光栅与光屏之间的距离,观察光斑的变化,记录数据;6. 利用光电池测量激光束的光强,记录数据;7. 利用照相机拍摄激光束的光斑,记录图像;8. 利用精密计时器测量激光束的持续时间,记录数据。

五、实验数据及处理1. 光栅与光屏之间的距离:d = 1.5 m;2. 激光束光斑直径:D = 0.5 mm;3. 激光束光强:I = 5 mW;4. 激光束持续时间:T = 10 ns;5. 激光束光斑图像。

六、实验结果与分析1. 通过实验,观察到激光束在光屏上的光斑清晰、明亮,说明激光具有良好的方向性和亮度;2. 随着光栅与光屏之间距离的增加,光斑直径逐渐增大,说明激光具有良好的单色性;3. 通过测量光强,验证了激光束的能量密度较大;4. 通过测量激光束的持续时间,验证了激光束具有极快的脉冲特性。

七、实验结论通过本次实验,我们了解了激光的基本原理和特性,掌握了激光器的使用方法和操作技巧。

实验结果表明,激光具有良好的方向性、单色性、亮度和能量密度,具有广泛的应用前景。

八、实验注意事项1. 实验过程中,确保激光器水平稳定,避免激光束发生偏移;2. 操作激光器时,注意安全,避免激光束直射眼睛;3. 实验结束后,关闭激光电源,清理实验场地。

光斑尺寸 激光功率

光斑尺寸 激光功率

光斑尺寸激光功率光斑尺寸与激光功率密切相关,是一个在激光应用中常见且重要的概念。

光斑尺寸指的是激光光束在被照射物体上形成的圆形或椭圆形光斑的大小。

激光功率则代表了激光束的强度,影响着激光的穿透能力和照射效果。

在本文中,我将从光斑尺寸的定义和计算方法、光斑尺寸与激光功率的关系以及光斑尺寸的应用等方面,对这两个概念进行深入探讨。

让我们了解一下光斑尺寸的定义和计算方法。

光斑尺寸是指激光束照射到目标物体上形成的光斑的大小。

光斑的大小可以通过光学公式来计算,其中包括激光波长和光束的发散角等参数。

在单色激光的情况下,光斑尺寸可以通过以下公式计算得到:光斑尺寸 = 2 * 输入光束的焦距 * tan(光束发散角/2)其中,焦距是透镜的一个参数,它表示透镜对光束的汇聚能力。

光束发散角则是表征激光束展宽程度的参数。

根据这个公式,我们可以根据激光特性以及所用透镜的参数来计算出光斑的尺寸。

接下来,让我们来探讨光斑尺寸与激光功率之间的关系。

光斑尺寸和激光功率之间的关系是由激光器的特性和所用透镜的参数来决定的。

一般来说,激光功率越高,光斑尺寸就越小。

这是因为高功率激光对光束的汇聚能力要求更高,所以在同样的透镜参数下,光斑尺寸会相应减小。

另外,透镜的焦距也会影响光斑尺寸,焦距越小,光斑尺寸也会越小。

我们可以根据所需的激光功率和光斑尺寸来选择合适的激光器和透镜参数,以获得最佳的照射效果。

让我们来看一下光斑尺寸在实际应用中的重要性。

光斑尺寸的大小直接影响着激光在材料上的照射效果和加工精度。

在激光切割、激光打标、激光焊接等工艺中,光斑尺寸的控制非常重要。

如果光斑尺寸过大,激光的能量会扩散得很快,导致材料加工效果不佳;而如果光斑尺寸过小,则可能会导致局部加热过高,对材料造成损伤。

正确控制光斑尺寸,使其与激光功率相匹配,对于激光应用的成功实施至关重要。

激光光斑尺寸和激光功率是激光应用中不可忽视的两个重要概念。

通过了解光斑尺寸的定义和计算方法,我们可以更好地掌握光斑尺寸对激光应用的影响。

激光光斑测试纸参数

激光光斑测试纸参数

激光光斑测试纸参数全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:激光光斑测试纸是一种用于测试激光光斑质量的重要工具,它能够帮助我们评估激光束的聚焦性能、光斑大小和形状等参数。

在激光加工、医疗、通信等领域,光斑质量是非常重要的,它直接影响到激光设备的性能和加工质量。

激光光斑测试纸的参数包括光斑尺寸、光斑形状、光密度等。

这些参数的测试是非常关键的,可以帮助我们校准和调整激光设备,保证其正常工作并获得理想的加工效果。

下面我们来介绍一下激光光斑测试纸的参数及其测试方法。

1. 光斑尺寸:光斑尺寸是指激光束在聚焦点处的直径大小。

通常情况下,光斑尺寸越小,其能量密度就越高,对于一些微细加工来说,小尺寸的光斑更为理想。

测试光斑尺寸的方法一般是通过软件分析光斑在测试纸上的视觉图像,根据图像中光斑的直径来计算其尺寸。

2. 光斑形状:光斑形状包括圆形、椭圆形、方形等。

正常情况下,我们希望激光光斑具有良好的对称性和均匀性,这样可以保证加工效果的稳定性。

测试光斑形状的方法一般是通过软件分析光斑在测试纸上的图像,判断光斑的形状是否均匀,并根据需要进行调整。

3. 光密度:光密度是指光斑中的能量密度,通常用来表示光斑的亮度和强度。

光密度的大小与光斑的尺寸和能量有关,可以通过测量光斑中心和边缘处的光强来计算得到。

光密度的测试可以帮助我们了解光斑的功率分布情况,对于一些需要高能量密度的加工任务来说,光密度的调整非常重要。

除了以上提到的参数,激光光斑测试纸还可以用来测试光斑的聚焦深度、光斑的边缘清晰度等参数。

通过对这些参数的测试和分析,我们可以找出激光设备存在的问题,并及时进行调整和修正,以保证光斑质量达到最佳状态。

在使用激光光斑测试纸进行参数测试时,我们需要注意以下几点:1. 确保测试环境清洁和安全,避免干扰因素对测试结果的影响。

2. 选择合适的测试纸和测试方法,根据不同参数的要求进行测试。

3. 定期对激光设备进行光斑测试,及时发现和解决问题。

激光焊接 光斑尺寸

激光焊接 光斑尺寸

激光焊接中,光斑尺寸是指激光束在焊接过程中聚焦后形成的光斑的直径大小。

激光焊接中光斑尺寸的大小对焊接质量和效果具有重要影响。

光斑尺寸的大小通常由焦距、激光束的直径和光学系统设定参数等因素决定。

焦距越短,光斑尺寸越小,焦距越长,光斑尺寸越大。

激光束的直径越小,光斑尺寸越小。

光斑尺寸对焊接效果有直接的影响。

光斑尺寸过大,会导致焊接区域过大,焊接热量分布不均,容易造成焊接区域过热,对材料产生过多的热影响区域,导致焊接变形、裂纹等问题;光斑尺寸过小,会导致焊接速度过慢,难以实现高效率的生产。

因此,在实际的激光焊接应用中,需要根据物料的厚度、材料的性质、焊接速度等因素来合理选择光斑尺寸,以保证焊接质量和高效率的生产需求。

实验报告——激光束光学特性的实验测量

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

(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。

实验一光斑半径和发散角的测量讲义

实验一光斑半径和发散角的测量讲义

实验十三 氦氖激光束光斑大小和发散角测量一、激光原理概述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、太阳等的发光)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),在没有外界作用时会自发地向低能级(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E 2上的原子数密度N 2,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E 2>E 1,所以N 2<N 1。

例如,已知氢原子基态能量为E 1=-13.6eV,第一激发态能量为E 2=-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了解,一个能级对应电子的一个能量状态。

电子能量由主量子数n(n=1,2,…)决定。

激光束光斑 面积

激光束光斑 面积

激光束光斑面积激光束光斑是指激光束照射到物体上形成的亮斑。

激光束光斑的面积是指光斑所占据的空间范围的大小。

激光束光斑的面积大小对于许多应用来说非常重要,因为它直接影响到光束的聚焦能力和功率密度。

激光束光斑的面积可以通过多种方法来测量和计算。

其中一种常用的方法是使用光敏元件,如光电二极管或光敏电阻。

当激光束照射到光敏元件上时,光敏元件会产生电信号。

通过测量电信号的强弱,可以间接地推断出光斑的面积大小。

另一种常用的方法是使用干涉仪。

干涉仪是一种利用光波的干涉现象来测量光斑面积的仪器。

通过将光斑分成两束,然后再将它们合并在一起,可以观察到干涉条纹的产生。

通过测量干涉条纹的宽度和间距,可以计算出光斑的面积。

激光束光斑的面积大小对于许多领域的研究和应用都具有重要意义。

例如,在激光切割和激光打标等工业应用中,光斑的面积大小直接影响到切割或打标的精度和效率。

在激光医学中,光斑的面积大小也会影响到激光治疗的效果和安全性。

在某些应用中,需要将激光束的光斑面积尽可能小。

这是因为激光束的光斑面积越小,光束的能量密度就越高,从而可以实现更高的功率输出。

例如,在激光切割中,小面积的光斑可以实现更加精细的切割效果。

在激光打印中,小面积的光斑可以实现更高的打印分辨率。

另一方面,在某些应用中,需要将激光束的光斑面积尽可能大。

这是因为激光束的光斑面积越大,光束的能量分布越均匀,从而可以实现更大范围的照射。

例如,在激光显示中,大面积的光斑可以实现更大的显示区域。

在激光投影中,大面积的光斑可以实现更高的亮度和对比度。

为了控制激光束的光斑面积,可以采取多种方法。

一种常用的方法是使用透镜或光学系统来调节光束的聚焦和发散。

通过调节透镜或光学系统的位置和参数,可以改变光斑的大小和形状。

另一种方法是使用光阑来限制光束的直径。

通过调节光阑的开口大小,可以控制光斑的面积。

激光束光斑的面积是指光斑所占据的空间范围的大小。

光斑的面积大小对于激光应用来说非常重要,它直接影响到光束的聚焦能力和功率密度。

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究
F ig. 5 Hyperbola d ivergence of Gaussian beam
r 值。 因此, 计算机可以计算出相对光强分布
以快速完成。
2 实验结果与讨论
拟合曲线中光斑尺寸 Ξs 的值。
1. 2 激光束腰光斑尺寸与共焦参数的测量
由激光物理可知, 高斯光束呈双曲线函数 发散 , 如图 5 所示。 光束最细处半径称束腰
激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究
李文成1 , 谷晋骐1 , 王涌萍2
( 1. 天津大学 理学院, 天津 300072; 2, 天津大学 电信学院, 天津 300072)
摘 要: 激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是衡量激光器性能的重要参数。 本文探讨用 C CD 作为 探测传感器精确地测出激光光斑尺寸和束腰光斑尺寸, 克服了传统测量的繁杂过程 [1 ] , 并用计算机进 行控制及数据处理, 大大提高了测量精度和效率, 为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方 法。 关键词: 激光光斑尺寸; 束腰光斑尺寸; 测量 中图分类号: TN 247234 文献标识码: A
g est, 1974.
[ 4 ] 邹英华, 孙驹享. 激光物理 [M ]. 北京: 北京大学
出版社, 1991.
RESEARCH ON LASER SPOT AND BEAM W A IST SPOT SIZE M EASUREM ENT L IW en 2cheng, GU J in 2qi,W AN G Yong 2 p ing
图 1 测量原理图
F ig. 1 M ea sur in g pr in c iple
垂直的两束光, 分别照射到 x 方向和 y 方向上
收稿日期: 2001 - 06 - 19 作者简介: 李文成 ( 1946 - ) , 男, 清华大学教授, 博士生导师, 主要从事激光技术和光纤传感技术的研究。

高斯光束光斑大小

高斯光束光斑大小

高斯光束光斑大小高斯光束是一种常见的光束模式,具有许多重要的应用,例如在激光技术、光通信、光学成像等领域。

光束的重要性在于其光斑大小对于光束的聚焦能力和传播特性具有决定性的影响。

本文将从高斯光束光斑的定义、主要性质以及影响因素等方面进行探讨。

高斯光束是由德国数学家高斯提出的一种特殊的激光光束。

在光学中,高斯光束被广泛应用于各种领域,其中最重要的特性之一就是其光斑大小。

光斑大小用于描述高斯光束的横向分布特性,通常用光斑直径或光斑半径来表示。

在理论上,高斯光束的光斑大小是由光束截面的光强分布特性决定的。

其光强呈现一个钟形曲线,中心光强最高,随着距离中心点的增加,光强逐渐减弱。

根据光斑强度的分布特性,我们可以通过光束宽度的计算来获得光斑大小的信息。

高斯光束的光斑直径(d0)和光束宽度(w0)之间的关系由以下公式给出:d0 = 2 * w0其中,d0表示光斑直径,w0表示光束半宽度或光束半径。

这个公式表明,光斑直径是光束宽度的两倍。

因此,在分析高斯光束光斑大小时,我们通常关注光束宽度即可。

高斯光束的光斑大小受多种因素的影响,这些因素包括光束的波长、光束的焦散、光束的腰半径以及传输介质的折射率等。

下面将对这些因素进行详细介绍。

1. 波长:光束的波长对光斑大小有直接影响。

波长越短,光束的焦斑越小。

这是因为在光学系统中,由于短波长光的折射率较高,所以光束的聚焦能力更强,光斑也更小。

2. 焦散:焦散是指光束在透镜或者其他折射元件中的传播过程中的扩散现象。

焦散会使得高斯光束的光斑变得模糊,扩大光斑的大小。

因此,在设计光学系统时,需要考虑减小焦散对于光斑的负面影响。

3. 腰半径:光束的腰半径是指光束在其传播过程中横向光强分布的最小值。

腰半径的大小对光斑大小起着直接影响。

腰半径越小,光斑越小;腰半径越大,光斑越大。

4. 介质折射率:光束在不同介质中传播时,由于介质折射率的不同,会发生折射和反射现象。

这些现象会影响光束聚焦能力,从而影响光斑大小。

光斑尺寸计算

光斑尺寸计算

激光入射 到透镜表 面光斑直 径D(mm)
聚光斑直 径 d0=2 λf/D(μ
m)
1
532
75
2
532
65
3
1064
70
4
1070
85
5
1070
75
6
1070
80
4
19.95
4.5
15.36888889
5
29.792
5
36.38
5
32.1
5
34.24
5
1070
75
6
1070
80
2.5
10.2180487 20.4360974
2.5
10.89925195 21.7985039
d0=2λf/D 当激光束正入射透镜时,λ为入射激光波 长,f为透镜焦距,D为激光入射到透镜表面光斑透镜焦 长λ 距 (nm) f(mm)
ω'=λf/πω 当激光束正入射透镜时,λ为入射激光波长,f为透镜焦距,ω为激光 入射到透镜表面光斑半径,ω'为聚光斑的半径。这个公式来自《激光原理及应用》85 页,通过此公式来计算光斑大小,实际光斑可能因透镜像差,衍射等使实际光斑较大。
序号
激光波长 λ(nm)
透镜焦距 f(mm)
激光入射到 透镜表面光
斑半径ω (mm)
聚光斑半径 ω'=λf/πω
(μm)
聚光斑直 径D(μm)
1
532
45
3
2.540187808 5.08037562
2
532
45
4
1.905140856 3.81028171
3
1064

实验六氦氖激光束光斑大小和发散角的测量-Nanjing

实验六氦氖激光束光斑大小和发散角的测量-Nanjing

横模——描述垂直于激光传播方向的平面内光场分布情况
mnq
c
4 L
2q
2
(m
n
1)arccos[(1
L )(1
r1
L )]1 r2
2
mn、mn
c
2 L
1
(m
n)arccos[(1
L )(1
r1
L )]1 r2
2
共焦球面扫描干涉仪:
间隔圈
压电陶瓷环
1. 压电陶瓷内外两面加上锯齿波电压后,驱动一个反射镜做周期性 运动,从而改变腔长l而实现光谱扫描 。
/ /
干涉仪曲率半径r=20mm, L激光器腔长=底镜到输出镜距离 干涉仪反射率R=99%
【注意事项】
1. 调节过程中应避免激光直射人眼,以免对眼睛造成危害。 2. 扫描干涉仪的压电陶瓷易碎,在实验过程中应轻拿轻放。 3. 锯齿波发生器不允许空载,必须连接扫描干涉仪后,
才能打开电源。
反射率
F F R (1 R2 )
【实验仪器与装置】
激光器 激光电源
小孔光阑 扫描干涉仪
放大器电源 放大器
示波器 YX
锯齿波 发生器
【实验内容及步骤】
1. 调整光路。首先使激光束从光阑小孔通过,调整扫描干涉仪 上下、左右位置,使光束正入射孔中心,再细调方位螺丝, 以使从干涉仪腔镜反射的最亮的光点回到光阑小孔的中心附 近,这时表明入射光束和扫描干涉仪的光轴基本重合。
实验七 氦氖激光器的模式分析
【实验目的】
1. 了解激光模式的形成及特点,加深对其物理概念的理解; 2. 了解共焦球面扫描干涉仪的原理、性能,掌握其使用方法; 3. 通过实验观测和分析,掌握激光束模式分析的基本方法。

氦氖激光束光斑大小和发散角的测量-5页

氦氖激光束光斑大小和发散角的测量-5页

氦氖激光束光斑大小和发散角的测量实验目的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、微动位移台等。

实验原理1、激光原理概述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(2E ),原子处于此高能级的寿命约为891010s -- ,即处于高能级的原子很快自发地向低能级(1E )跃迁,产生光电磁辐射,辐射光子能量为21h E E ν=-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1L =±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(2E ),当一个外来光子所带的能量h ν正好为某一对能级之差(21E E -),则这原子在此外来光子的诱发下由2E 跃迁至1E ,发生受激辐射,并辐射一个光子。

受激辐射的光子有显著的特点,就是受激辐射发出的光子与诱发光子为同态,即两光子的频率(能量)、发射方向、偏振态以及光波的相位都完全一样。

入射光源的束斑尺寸

入射光源的束斑尺寸

入射光源的束斑尺寸
入射光源的束斑尺寸通常取决于几个因素,包括光源的类型、光源与物体的距离、光源的聚焦能力以及光源的功率等。

1. 光源的类型:不同的光源,其束斑尺寸会有所不同。

例如,激光光源通常具有较小的束斑尺寸,因为它具有很好的聚焦能力。

2. 光源与物体的距离:光源与物体的距离越近,束斑尺寸越小。

这是因为光源的聚焦能力通常在近距离内表现得更好。

3. 光源的聚焦能力:光源的聚焦能力也会影响束斑尺寸。

例如,如果光源具有很好的聚焦能力,那么束斑尺寸就会很小。

4. 光源的功率:光源的功率越高,束斑尺寸越小。

这是因为高功率光源通常具有更好的聚焦能力。

在实际应用中,为了获得较小的束斑尺寸,通常需要选择合适的光源,并合理设置光源与物体的距离、光源的聚焦能力和光源的功率。

紫外激光器 微米光斑

紫外激光器 微米光斑

紫外激光器微米光斑
紫外激光器是一种产生紫外光的激光器,其波长范围通常在10-400纳米之间。

紫外激光器具有许多优点,如高光子能量、窄线宽、高时间相干性和低噪声等,因此在科研、医疗、工业等领域有着广泛的应用。

微米光斑是指激光光束的直径小于1微米(即1000纳米)的光斑。

由于紫外激光器具有高聚焦能力,因此可以产生非常细小的光斑,从而实现高精度的加工和测量。

例如,在半导体制造过程中,紫外激光器可以用于微电子芯片的刻蚀、切割和打标等工艺。

此外,在生物医学领域,紫外激光器也可以用于细胞成像、组织切割和荧光标记等应用。

紫外激光器和微米光斑的结合为各种高精度加工和测量任务提供了强大的工具。

随着技术的不断发展,我们有理由相信这种组合将在未来的科学研究和工业生产中发挥越来越重要的作用。

刀口法测量激光光斑尺寸大小的实验

刀口法测量激光光斑尺寸大小的实验

2 基本实验装置 及测 量过 程
本 文 的 主 要 目 的 是 通 过 刀 口 法 测 量 出 激 光 器 出 射 光 斑 的
螺 匿 删 馓 器 的 位 棒 量 ‘ u m J
图 4 激光功率与螺旋测微器位移量 的关 系曲线 图
尺 寸 大小 ,在 实验 室现 有 的 备 件 下 ,搭 建 了如 图 2所 示 的 测 量 光 斑 系统 装置 .其 中待 测 激 光 器 的 波 长 为 532nm:光 功 率 计 的 测 量 范 围 为 0~5OW 、
在 金 相 显微 镜 下观 测 刀 片 的 整体 结 构 .选 用 质 量较 好 的 刀 片
(2)刀 口 的 移 动 方 向 必 须 垂 直 切 割 于 激 光 光 束 的 轴 线 方
向 .避 免 产 生测 量 误 差 .
(3)小 心 轻 微 转 动 螺 旋 测 微 器 .避 免 造 成 位 移 台 的 晃 动 及
操 作 简 单 、精 度 较 高 、适 用 于较 大功 率 的 测 量 等 明 显 优 势 、 刀 口 法 测 量 光 束 直 径 大 小 的 基 本 原 理 如 图 l所 示 、
刀片
[三 一 锢
于 温度 积 累 效应 .光 功 率 计 的 示 数 可 能 不会 降 为 零 .此 时应 直 至 功 率计 的 示数 达 到 最 小 亦可 )
将 实验 得 到 的教 据 ,进 行 处 理 分 析 .得 到 如 图 4所 示 的 曲 线
圈 1 刀 口法 测 光 束 直 径 的基 本 原 理 图
当刀 片没 有 遮 挡 光 束 时 , 此 时 光 功 率 计 测 得 的 功 率 值 最
大 ;随 着 固定 刀 片 的 位 移 台不 断 移 动 (切 割 光 束 直 径 方 向 ).光

激光光束分析实验报告

激光光束分析实验报告

激光光束分析实验报告部门: xxx时间: xxx整理范文,仅供参考,可下载自行编辑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。

b5E2RGbCAP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。

p1EanqFDPw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。

DXDiTa9E3d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:RTCrpUDGiT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:5PCzVD7HxA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。

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Laser Tissue Welding: Laser Spot Size and Beam Profile Studies Abstract :This paper evaluates the effect of laser spot diameter and beam profile on the shape of the thermal denaturation zone produced during laser tissue welding. 2-cm-long full-thickness incisions were made on the epilated backs of guinea pigs in vivo. India ink was used as an absorber and clamps were used to appose the incision edges. Welding was performed using continuous-wave 1.06-μm , Nd:YAG laser radiation scanned over the incisions to produce 100-ms pulses. Laser spot diameters of 1, 2, 4, and 6 mm were studied, with powers of 1, 4, 16, and 36 W, respectively. The irradiance remained constant at 1272cm W Monte Carlo simulations were also conducted to examine .the effe ct of laser spot size and beam profile on the distribution of photons absorbed in the tissue. The laser spot diameter was varied from 1 to 6 mm. Gaussian, flat-top, dual Gaussian, and dual flat -top beam profiles were studied. The experimental results showed that 1-, 2-, 4-, and 6-mm-diameter spots produced thermal denaturation to an average depth of 570, 970, 1470, and 1900 m, respectively. Monte Carlo simulations demonstrated that the most uniform distribution of photon absorption is achieved using large diame ter dual flat -top beams.Index Terms — Denaturation, laser biomedical applications, laser materials-processing applications, laser welding, Monte Carlo methods, optical propagation.MATERIALS AND METHODSA. ExperimentsIn vivo welding of skin incisions was performed at constant irradiance to investigate the effect of various laser spot sizes (1-, 2-, 4-, and 6-mm-diameter FWHM) on the extent of thermal denaturation at the weld site. Adult female albino guinea pigs (Hartley, age 7–8 weeks, weight 400–500 grams) were shaved then epilated with a chemical depilator (Nair,Carter-Wallace, Inc., New York, NY). Each guinea pig was anesthetized with atropine (0.05 mg/kg), ketamine (30 mg/kg), and xylazine (2 mg/kg) administered by intraperitoneal injection. 1% lidocaine with 1:100000 epinephrine was used as a local anesthetic at each incision site. 2-cm-long, fullthickness incisions were made parallel to the spine with a no.15 scalpel. Four incisions were made on the back of each guinea pig. Approximately 2–5 l of India ink (black India Rapidograph ink, 3080-F, 100-nm particle diameter, Koh-INoor, Bloomsbury, NJ) were applied to the wound edges with a micropipette. The animal was then placed prone on a translation stage, in preparation for surgery. Clamps were used to temporarily appose the incision edges during welding.Welding was performed with a continuous-wave (CW), Nd:YAG laser (Lee Laser, Model 703T) emitting 1.06m μ radiation that was coupled into a 600m μ -core diameter optical fiber (Thor Labs, Newton, NJ). A stepper-motor-driven translation stage (Newport, Irvine, CA) scanned the laser beam along the axis of the weld site at speeds that effectively produced 100-ms-long pulses. Seventy scans were made along each weld; the beam stopped at the end of the weld site for 10 s after each scan. To minimize thermal damage to the skin beyond the weld area, high-reflecting metal plates placed on each end of the incision blocked the beam. Experiments were performed at constant irradiance (1272cm w ) comparing laser spot diameters of 1, 2, 4,and 6 mm [full-width at full-maximum(FWHM)], with laser output powers of 1, 4, 16, and 36 W, respectively. The beam profile, as measured by scanning a 200- m-diameter pin hole across the beam, was approximately Gaussian for all spot diameters. The power delivered to the tissue was measured before each weld with a power meter (Molectron PowerMax 5100, Portland, OR). It shows the experimental configuration used for dye-assisted laser skin welding and summarizes the laser parameters for this study.After welding, the anesthetized guinea pig was euthanized with an intracardiac overdose of sodium pentobarbitol (Nembutal, Abbott Laboratories, North Chicago, IL). The dorsal skin, including epidermis and dermis, was excised with a scalpel and then sectioned. Samples were processed using standard histological techniques, including storage in 10% formalin, processing with graded alcohols and xylenes, parafin embedding, sectioning, and hemotoxylin and eosin staining. A minimum of seven samples was processed for each laser spot diameter and beam profile. The 6-mm-diameter spot study was discontinued after grossly obvious burns developed at the wound site.Thermal denaturation measurements were made using a transmission light microscope (Nikon, Japan) fit with crossed linear polarizers (Prinz, Japan). Thermal denaturation was measured laterally from the center of the weld site at three different depths: the papillary dermis, mid-dermis, and base of the dermis. The depth to which one observed denaturation was recorded and divided by the skin thickness to obtain the fraction of a full-thickness weld that was achieved. Measurements were made consistently to the point at which complete thermal denaturation of the tissue was observed.Statistical analyzes were conducted on the histological data. ANOV A was used to determine statistical significance of thermal denaturation measurements between laser spot size groups.B.Monte Carlo SimulationMonte Carlo simulations were run to investigate the effect of various spot sizes (1–6-mm diameters) and beam profiles (Gaussian versus flat-top and single versus dual beam) on the distribution of absorbed radiation. All simulations were run using code available over the public domain . Several changes were made in the Monte Carlo code to adapt it for use with the geometry of this application. First, because the vertical ink layer in the tissue disrupted the cylindrical symmetry assumed in the Original program, the data were stored in Cartesian rather than cylindrical coordinates and a convolution program was not used to generate the laser beam profile. The beam profile was, instead, created using a random number generator ; a large number of photons was used to create the desired beam profile. Second, the vertical ink layer was modeled as an infinite absorber extending from the skin surface to the base of the dermis with a uniform thickness of 100 m. The experimentally measured absorption coefficient for the ink, was 3500 cm. Even though histologic analysis of the welds showed variable staining of the tissue with a lateral thickness varying from 40 to 100 m, since the ink layer thickness was much greater than the probability that a photon could cross the ink layer was negligible, and the assumption that was infinite is reasonabl e.Third, the skin was modeled as a single dermal tissue layer with the assumption that the epidermis and subcutaneous tissue have optical properties similar to that of the dermis. Finally, even though the optical properties of tissue are known to be temperature-dependent, with the dermal scattering coefficient initially increasing with temperature for temperatures less than 60 C then decreasing sharply at higher temperatures and the dermal absorption coefficient decreasingwith increasing temperature , the optical properties in this model were assumed to be static. This assumption, which avoided a complete optical-thermal model, will result in a slight underestimation of the penetration depth of the photons in the dermis. The optical properties of guinea pig skin at a wavelength of 1.06m μ have not been well characterized. The optical properties for human, pig, and rat dermis were therefore. compiled from several sources. The optical properties used in the Monte Carlo simulations are listed in Table II. Note that in the experimental irradiations, the irradiance was held constant at 127 2cm W . For the simulated irradiations, the mean irradiance over the full-width, halfmaximum of each beam was constant (10 photons per 1-mm-diameter area). The grid element size in the tissue was fixed at 100 m, and the dimensions of the tissue (length width depth) were 1.0 cm 1.0 cm 0.5 cm, respectively. The tissue thickness was, in part, chosen based on the knowledge that human skin may be thicker than guinea pig skin, ranging in thickness from 1 to 4 mm. Simulations were run on a Pentium 133 MHz PC computer (Micron, Nampa, ID)running Microsoft Windows 95 (Microsoft, Redmond, WA) III. RESULTSA. ExperimentsHistologic analysis showed that only shallow welds were achieved using a 1-mm-diameter laser irradiation area. Thermal denaturation was observed only to a depth of 570±100m μ (mean ±S.D.,n=7) or 30% of the average dermal thickness of 1900±200m μ , see Table III. Thermal denaturation lateral to the incision was limited to m μ30100± near the tissue surface. An image of a weld created with a 1-mm-diameter spot is shown in.When the laser spot diameter was increased to 2 mm, thermal denaturation was observed down to the middle layers of the dermis, as show. The thermal denaturation extended to an average depth of m μ210970±(n=7)(p<0.001) or 50% of the dermal thickness. This depth was significantly greater than achieved with a 1-mm-diameter spot Significantly more la teral thermal denaturation was also measured at the surface of the skin, m, than for the 1-mm-diameter spot.Increasing the spot diameter to 4 mm resulted in welds with an average depth of m μ1901470±(n=7) , or 80% of the dermal thickness 。

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