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1、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年，A.E. Siegman利用无量纲的量光束质量因子，较 科学合理地描述了激光束质量，并由国际标准组织ISO采纳。光束质 量因子又被称为激光束质量因子或衍射极限因子，其定义为M2=实际光束的束腰宽度和远场发散角的乘积 理想光束的束腰宽度和远场发散角的乘积M2因子定义式中同时考虑了束宽和远场发散角的变化对激光光 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
2、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M21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可表示为人 4式中为光束束腰宽也，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IS0111461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 ai、 bi；
3、 J后，就可以计算出相应的光束参数束腰位置：颐=束?大小*爲口 = J4；2苗：一扇2阳发敲箱*此=lim严* = Jc：瑞利长度兔=字=右皿I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心和z0。从而求出激光器腰斑的大小和位置。Cqa + D捡丼F（环/r十淼（字）实验数据记录及处理基模激光的拟合图像E-ul-电生 Ee98JiT2 35 3Z2.339SDl A*3E
4、nufl Qir hi!3. 2743 3CNISAI-eL l*lLd.Lh l/n)0. 536LI 583halEt 匚Dcitian (rn)232. S3233. G4Rbylait BLimE l.m)159.47176. 33FocaL Ltnith (w JUov CTiU-a to 4. Iltl 14 C4.ll OHftdjiit filters m ncrea:-aryEjvLoy 匚 如中f FDsi ti dTiEnter TiTnbw cE flitrrsPr42L StOTw !：th.40.tpeftl rmtiL -at lti： 5(vi Ihin il丘
5、 iriJi4k Hjiqs jTiter lrnc-s An ikt ffrdph).IfixiL-Ccnipli-atcu vu-iiijig in F；aEult puil vill bik e mqv41 vEkIl all LSD r tliiLrirtti.t5 h日k b w fulfl11 tdg iise fmdi 口 E nc-asurtnwiis k-ivt of thw 駅呻h；i Jid.Matt： Cwtra Ffl!：tirm ls th已 di Elancc ttfvtcii th亡 frarit. mrfac of thi- canttra bLonsmc m
6、d ib.t Ea-ut FYiucipfil PIatia of LLa Foe lasing.匚 prtiLaewt Lodt j oilpmber of fj 1 ter.Z-loCitLODl QirJ1v；：J6V4PxixLt原始实验数据Waist Width X0.538mmWaist Width Y0.583mmDivergence X3.374mradDivergence Y3.304mradWaist Location X232.03mmWaist Location Y233.64mmM2 X2.2532M2 Y2.3898Rayleigh Range X159.47mmR
7、ayleigh Range Y176.33mmWavelength632.8nmFocal Length100mmLaser Location507mmZ-PositionX WidthY Widthmmmmmm116.550.214830.22191126.550.256710.27044136.550.304340.31553146.550.292060.30925156.550.322410.34863166.550.368970.40218176.550.40720.44172186.550.487550.5182196.550.547820.56461206.550.632070.6
8、8761216.550.693380.73035226.550.73240.76752236.550.812720.85872296.551.36941.4259346.551.79491.858拟合的X轴方向双曲线为，拟合得到的腰斑位置为116mm，大小为0.292mm；拟合的Y轴方向双曲线为，拟合得到的腰斑位置为112mm，大小为0.278mm；n.E2MZ/mmy = 0.00003991 x? - 0.0DS73211 m 0.7291 J26L由以上数据，编写程序计算后可得：X 轴方向的激光器腰斑大小和位置为Process exited after 0. 0358L seconds
9、with return value 0 请按任意捷塗续一一.U D:_O+ZZ元二次方程n*exe腰斑位置諒：376.033 腰斑大小d0： 0.168972Y 轴方向的激光器腰斑大小和位置为H= D:t + +l二元二次方程卫畑匿斑位BzO； 398.759 触斑大小dO： 0. 19169EPrecess exited atler 0. 03648 seconds with return value 0 信技任童谨缠续.一.多模激光的拟合图像al1 M SquareCur* Fating Heulcs31.07ws)L3dan lirrrl RavblgF Range Emnfl1.4n：
10、II-i.a-+1 1 ; /1.2-1 1 : /l.i-1 i i I /1 1 /fl.5-:1 1 /04:1 1 /fl.a-i )L3dan Irrml743.27W.2LRavkigt Range (mnO1L9.6512L.&4Angle cr Rotatinn idtgl?L2Fteauts实验结论实验测得的激光器基模光束X轴方向质量因子MX的值为2.2532,x腰斑位置z0x的值为376.033mm，腰斑大小dQ0x的值为0.168972mm； Y 轴方向质量因子My的值为2.3898,腰斑位置z0y的值为398.756mm， 腰斑大小d0y的值为0.191698mm.激光器多模光束质量因子MX的值 为 2.0554，My 的值为 2.1228.
光束质量M2因子测试及分析实验报告
