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高斯光束束腰位置及尺寸的精确测量*

2015-02-13王垚廷张瑞红李光耀张博伦

西安工业大学学报 2015年6期
关键词:测量

王垚廷,张瑞红,李光耀,张博伦

(西安工业大学 理学院,西安710021)

高斯光束关键参数分别为束腰位置、束腰尺寸及光束发散角,尤其是束腰位置和束腰尺寸更为重要,因为高斯光束的传输特性可以完全由这两个参数确定.实际中,为了满足一些特殊的需求,需要知道这两个参数的具体数值,如激光光束传输或成像系统的设计、通过比较相关参数选择质量更优的激光器产品、高斯光束传输特性的研究、非线性光学研究、工业激光器的应用、医疗激光器应用等需求.实际中有许多测量高斯光束参数的具体方法,如扫描狭缝法[1-3]、刀片边缘法[4-6]、变孔径法[1]及针孔法[7],这些方法的特点在于测量一些确定位置的光束在不同范围内的功率或光强,从而得到功率或光强分布图,推出这些位置的光束半径,再根据高斯光束的自由传输特性反推出束腰位置和束腰半径,但这些方法测量速度较慢,测量过程中光强变化容易引起测量误差;另外,实际中高斯光束波前畸变也给光束半径的测量带来一定误差,反推过程中光束半径也参与运算,使得测量结果具有较大误差;近些年开发出了由电荷耦合元件(Charge-Coupled Devices,CCD)照相机组成的光束质量分析仪[8],其特点在于将整个光束轮廓拍摄下来,能够同时提供整个光束的二维光强分布情况,从而得到光束半径,再根据高斯光束的自由传输特性反推出束腰位置和束腰半径,这种测量方法不会受光强变化的影响,测量速度快,但像素的大小成为测量精度的限制因素,而高分辨率的光束质量分析仪价格昂贵;……

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