质量光束分析仪的使用

一、实验目的

1、学会使用光束质量分析仪  BeamScope-P7探头测量激光光束M2

2、学会使用激光质量分析仪WinCamD探头观察和测量激光光斑。

二、实验原理

是一个描述激光光束的不完善程度的无量纲参数。值越小（即光束越接近衍射极限的的理想光束），光束就越能够紧聚焦成一个小光斑。

没有激光光束是完全理想的。由于光学谐振腔、激光介质和输出/辅助光学元件的影响，大多数光束都不是书本上介绍的“理想的”、衍射极限的、高斯截面的单一的模式。复杂的光束可能包含多个模式的贡献，导致了较大的因子，即使是较好的实验室用的He-Ne激光也有1.1到1.2左右的值，而不是具有理想的模式下的1.0的值。

简单的说可以定义为：实际的光束与具有相同束腰大小的、理论上的衍射极限的光束的发散程度之比为：测量因子的前提条件是得到或形成一个可以测量的光束束腰。

如图一所示：

图2-1  M2“嵌入高斯光束”的概念

因子定义为：

        (2.1)

式中—为实际光束的光腰宽度；

—为实际光束的远场发散角。

光束质量因子是表征激光束亮度高、空间相干性好的本质参数。它将光场在空域及频域的分布来表示光束质量因子,即,便可知道因子能够反映光场的强度分布与相位分布的特性。用因子作为评价标准对激光器系统进行质量监控及辅助设计等具有十分重要的意义：

（1）因子表示实际光束偏离基模高斯() 光束(衍射极限) 的程度。

（2）因子综合描述了光束的质量,包括光束远场和近场特性。

（3）光束通过理想光学系统后因子不变。

尽管利用因子来评价激光束的质量也有其局限性,因子仍不失为一种较为完善、合理的光束质量的评价标准。相对其它评价方法来说,因子能较好地反映光束质量的实质,具有较强的普适性,充分地反映了光强的空间分布，并且得到国际标准化组织( ISO) 的认可。近年来,国际标准化组织( ISO) 多次组织公布文件,足以说明其重要性。

图2-2 具有相同M2值不同束腰宽度和不同发散角的曲线

三、实验仪器设备

光束质量分析仪BeamScope-P7探头、光束质量分析仪WinCamD探头、计算机、激光光源

图3   BeamScope-P7探头

图4   WinCamD探头及其相关设备

四、实验内容和步骤

1、打开DataRay软件和激光光源，激光光源放在支架上与质量分析仪透镜稍远的地方，保证经过透镜的激光束腰在测量范围内。激光光源对准光束质量分析仪的透镜正中心。然后取一张白纸贴紧透镜正后面的孔，如图3所示，观察光斑使光斑对准孔中心，这样使激光光源、透镜和孔在同一轴线上。

2、单击软件界面菜单栏中的setup，然后选择Enter Wavelength输入激光光源的波长。单击工具条上的，观察使激光对准目标缝隙正中。然后单击进行搜索。搜索完毕单击开始进行扫描，观察光斑并记录光斑X、Y方向上的直径。（Clip[a]=13.5%、Clip[b]=50%）

3、单击工具条上的，开始进行测量M2的实验（如左图）设置扫描起始和终点的位置。单击“Setup”设置扫描参数（如下图）。然后开始扫描。

4、观察扫描结果，根据束腰的位置重新设置起始和终点位置进行精确的扫描。单击Export Data输出数据并记录数据包括M2值、Waist output results和Waist source results。

5、使用WinCamD观察和测量激光光斑。软件点击“Device”-“WinCamD”，调整光源使光源对准CCD，单击开始采集图像，观察光斑并记录数据。

6、光源共有He-Ne激光器（波长632.8nm）、半导体绿激光器（波长532nm）和半导体红激光器（波长655nm），对这三种激光进行上述测量并记录数据。

7、在桌面上的“激光质量检测实验”文件夹中建立以自己名字为名的文件夹，然后把实验中扫描得到的所有图像和输出的数据都保存到该文件夹中。

五、注意事项

1、软件开启的时候，不要电缆，以免损坏探头。

2、光源尽量放在远处，这样经过透镜的激光束腰在可探测的范围内。

3、激光光强较大，应该加上衰减片，以免损伤探头或者测量不出结果。

4、He-Ne激光器电极电压较大，注意不要用手去碰触。