亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        一種同時(shí)測量高斯光束束腰位置和半徑的新方法

        2017-09-01 00:45:10黃水平
        物理與工程 2017年4期
        關(guān)鍵詞:光電池激光束小孔

        黃水平

        (寧波大學(xué)理學(xué)院,浙江 寧波 315211)

        一種同時(shí)測量高斯光束束腰位置和半徑的新方法

        黃水平

        (寧波大學(xué)理學(xué)院,浙江 寧波 315211)

        從高斯光束的橫向光強(qiáng)分布特性出發(fā),建立了小孔光闌透過光功率與高斯光束束腰位置、束腰半徑、光闌孔徑和光闌位置間的關(guān)系式。用氦氖激光器、凸透鏡、小孔光闌和硅光電池等搭建了一套簡單測量裝置,利用此裝置對(duì)同一小孔光闌在高斯光束傳播方向上不同位置時(shí)的透過光功率進(jìn)行了測量。用所得的理論公式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,通過擬合出的參數(shù)可同時(shí)測得高斯光束的束腰位置和半徑。測量結(jié)果表明,該方法不僅合理、可行,而且具有裝置簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

        高斯光束;束腰半徑;束腰位置;同時(shí)測量

        高斯光束的束腰半徑和束腰位置是激光束的重要參數(shù)。在激光傳播方向上的某位置處,測量高斯光束光斑半徑有多種方法,如針孔掃描法、狹縫掃描法[1]、刀口掃描法[2,3]、CCD法[4]、掃描Ronchi刻尺法[5]和激光散斑法[6]等。這些方法各具優(yōu)點(diǎn),但均有不足。實(shí)際測量中,由于高斯光束束腰位置不易準(zhǔn)確判斷,用上述方法測量高斯光束的束腰半徑相對(duì)困難?,F(xiàn)有文獻(xiàn)中,為測量高斯光束的束腰半徑,通常是先測出激光傳播方向上多個(gè)不同位置的光斑半徑,再利用光斑半徑與位置的關(guān)系式擬合出束腰半徑,或通過方程組求解出束腰半徑[7-10]。由于需要對(duì)多處的光斑半徑進(jìn)行測量,測量過程相對(duì)復(fù)雜和繁瑣。本文根據(jù)高斯光束的橫向光強(qiáng)分布和光斑半徑公式,在推導(dǎo)出小孔光闌透過光功率表達(dá)式的基礎(chǔ)上,提出了一種可同時(shí)測量高斯光束束腰位置和半徑的新方法。

        1 測量原理

        根據(jù)高斯光束的性質(zhì),與束腰距離為z處的橫截面內(nèi),高斯光束的場振幅分布可表示為[11,12]

        (1)

        (2)

        式中,ω0為束腰半徑;λ為激光波長。

        若在激光束z處橫截面上加一孔半徑為R的小孔光闌(小孔中心與光束中心重合),則從小孔中透過的光功率為

        (3)

        將式(3)變換可得

        (4)

        在實(shí)際測量中,小孔光闌的位置讀數(shù)z并非從束腰算起。設(shè)束腰位置坐標(biāo)為z0,則式(4)中的z應(yīng)變?yōu)閦-z0,由此可得

        (5)

        上式可看成是如下形式的函數(shù)

        y=Az2+Bz+C

        (6)

        其中,

        (7)

        由此可知,若測出小孔光闌在激光傳播方向上不同位置z處的透過功率P(z),再通過二次多項(xiàng)式擬合得到系數(shù)A,B和C,可測出高斯光束的束腰位置z0,束腰半徑ω0及小孔半徑R,即

        (8)

        2 實(shí)驗(yàn)裝置

        圖1為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。具體說明如下。

        圖1 測量裝置示意圖

        高斯光束經(jīng)衰減片衰減和凸透鏡變換后照射在小孔光闌和光電池上,小孔光闌和光電池緊貼在一起并安放在三維調(diào)節(jié)架上,以便于對(duì)其位置進(jìn)行較精密的調(diào)節(jié)并得到較準(zhǔn)確的讀數(shù)。使用衰減片是為了保護(hù)光電池并減小光電池串聯(lián)的外接電阻值。從光電池的光照特性可知,在光電池的特性參數(shù)中,與入射到光電池上的光強(qiáng)或光功率成線性關(guān)系的是光電池的短路電流[13],而只有在外接負(fù)載電阻(包括儀表內(nèi)阻)RL?Rd(Rd為光電池內(nèi)阻)時(shí),才可認(rèn)為接近短路。Rd一般屬低值范圍,而且其大小會(huì)隨光強(qiáng)的增加而急劇下降。使用凸透鏡是為了讓高斯光束在變換后的束腰處于合適的位置(透鏡變換前,高斯光束的束腰在氦氖激光器外殼內(nèi)部平面輸出鏡處),以便在束腰處用針孔掃描法再次對(duì)束腰半徑進(jìn)行驗(yàn)證性測量。測量中要求小孔和激光束處于對(duì)心狀態(tài),這可從光電流的讀數(shù)是否最大來判斷。

        實(shí)驗(yàn)中,讓小孔光闌和光電池從激光器前的某個(gè)位置開始沿著光軸方向移動(dòng),依次測出小孔光闌在不同位置時(shí)的光電流大小(透過小孔光功率的相對(duì)值),利用式(6)擬合出A、B和C的數(shù)值后,可進(jìn)一步利用式(8)得到高斯光束的束腰位置和束腰半徑。

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        表1為用圖1裝置測出的小孔光闌在不同位置時(shí)的透過光功率和對(duì)應(yīng)的y值。利用式(6)對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合所得的擬合曲線如圖2所示。從圖2可以看出,除個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)外,擬合曲線與測量數(shù)據(jù)能較好地吻合。

        表1 小孔光闌在光軸上不同位置時(shí)對(duì)應(yīng)的光功率

        上述擬合得到的擬合參數(shù)A、B、C以及由式(8)計(jì)算出的激光束腰半徑ω0、束腰位置z0、小孔光闌半徑R見表2。

        表2 由二次多項(xiàng)式擬合表1數(shù)據(jù)所得結(jié)果

        實(shí)驗(yàn)中采用的小孔光闌孔直徑的標(biāo)定值為1.00mm,可以發(fā)現(xiàn),擬合出的孔徑值與標(biāo)定值很接近。

        為進(jìn)一步驗(yàn)證上述擬合結(jié)果,根據(jù)擬合出的激光束腰位置,用針孔掃描法對(duì)束腰處的橫向光強(qiáng)分布進(jìn)行了測量,并用以下公式對(duì)橫向光強(qiáng)分布的測量結(jié)果進(jìn)行擬合,可再次到得束腰半徑[14]:

        (9)

        式中,I(r)為束腰橫截面上位置r處的光強(qiáng)。

        表3為用針孔掃描法測出的束腰橫截面上不同位置處的相對(duì)光強(qiáng)大小。用公式(9)對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合所得的擬合曲線如圖3,擬合出的高斯光束束腰半徑為ω0=0.464mm,與前面的擬合結(jié)果(0.447mm)基本一致。

        4 結(jié)論

        在分析傳統(tǒng)測量方法不足的基礎(chǔ)上,根據(jù)高斯光束橫向光強(qiáng)分布特性,推導(dǎo)了小孔光闌在激光傳播方向上任一位置透過光功率的表達(dá)式,用自行搭建的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)小孔光闌在不同位置的透過光功率進(jìn)行了測量。用推導(dǎo)出的公式擬合測量數(shù)據(jù),可同時(shí)獲得高斯光束的束腰位置、束腰半徑等參數(shù)。在擬合出的束腰位置處,用針孔掃描法對(duì)束腰半徑進(jìn)行了驗(yàn)證性測量。結(jié)果表明,通過擬合小孔光闌在不同位置時(shí)的透過光功率來同時(shí)測量激光束腰位置和半徑,不僅合理可行,在實(shí)驗(yàn)操作上也更為簡單和方便。

        圖2 小孔光闌在不同位置時(shí)光功率的二次多項(xiàng)式擬合曲線

        圖3 激光束腰處不同位置點(diǎn)的光強(qiáng)擬合曲線

        r/mm00.1000.2000.3000.3500.4000.4500.5000.550I/nA881302173854555607919261031r/mm0.6000.6500.7000.7500.8000.8500.9000.9501.000I/nA120212891333130112371009889745593r/mm1.0501.1001.2001.3001.4001.5001.6001.700I/nA49239922613794665039

        [1] 蔡伯榮.激光器件[M].湖南:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1981:38-39.

        [2] 熊小華.刀口法測量高斯光束腰斑大小實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].南京航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2000,14(3):1-3. Xiong Xiaohua. Design of experiment for measuring Gaussian beam spot size using knife edge[J]. Journal of Nanchang Institute Of Aeronautical Technology, 2000, 14(3): 1-3. (in Chinese)

        [3] Bilger T H, Habib R. Knife-edge scanning of an astigmatic Gaussian beam [J]. Applied optics, 1985, 24(5): 686-690.

        [4] 梁明,谷開慧,孫曉冰.基于CCD對(duì)高斯光束進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2015,28(1):9-12. Liang Ming, Gu Kaihui, Sun Xiaobing. Based on CCD for Gaussian beam real-time judgment and measuring characteristic parameters[J]. Physical Experiment of College, 2015, 28(1): 9-12. (in Chinese)

        [5] Cherri A K, Awwal A A S, Karim M A. Generalization of Ronchi, Sinusoidal, and Triangular Nulings for Gaussian-laser-beam-diameter measurements [J]. Applied Optics, 1993, 32(13): 2235-2242.

        [6] 姚昆,侯碧輝,張?jiān)雒?等.散斑位移法測高斯光束的空間分布[J].強(qiáng)激光與粒子束,2000,12(2):141-144. Yao Kun, Hou Bihui, Zhang Zengming, et al. Measurement of space distribution of laser Gaussian beam by speckles displacement method[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2000, 12(2): 141-144. (in Chinese)

        [7] 樊心民,鄭義,王冠軍,等.90/10刀口法測量高斯光束束腰的兩種計(jì)算方法[J].應(yīng)用激光,2008,28(2):139-141. Fan Xinmin, Zheng Yi, Wang Guanjun, et al. Two calculation methods for measuring the beam waist of Gaussian laser beam using a 90/10 knife-edge method[J]. Applied Laser, 2008, 28(2): 139-141. (in Chinese)

        [8] 楊曉東,譚錦業(yè),劉定文,等.高斯光束特性試驗(yàn)研究[J].實(shí)

        驗(yàn)室研究與探索,2010,29(8):23-25. Yang Xiaodong, Tan Jinye, Liu Dingwen, et al. Experimental investigation of the Gauss beam’s property [J]. Research and Exploration in Laboratory, 2010, 29(8): 23-25. (in Chinese)

        [9] 李文成,谷晉騏,王涌萍.激光光斑及束腰光斑尺寸的測量研究[J].應(yīng)用光學(xué),2002,23(3):30-33. Li Wencheng, Gu Jinqi, Wang Yongoing. Research on laser spot and beam waist spot size measurement[J]. Journal of Applied Optics, 2002, 23(3): 30-33. (in Chinese)

        [10] 王垚廷,張瑞紅,李光耀,等.高斯光束束腰位置及尺寸的精確測量[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(6):431-433. Wang Yaoting, Zhang Ruihong, Li Gguangyao, et al. Precise measuring Guassian beam parameter[J]. Journal of Xi’an Technological University, 2015, 35(6): 431-433. (in Chinese)

        [11] 邱元武. 激光技術(shù)和應(yīng)用[M]. 上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社, 1997: 42-57.

        [12] 王濤,吳福全,馬麗麗,等.尼科耳棱鏡對(duì)單模高斯光束光強(qiáng)分布的影響[J].物理實(shí)驗(yàn),2008,28(4):1-5. Wang Tao, Wu Fuquan, Ma Lili, et al. Effects of Nicol prism on the intensity distribution of single-mode Gaussian light beam[J]. Physics Experimentation, 2008, 28(4): 1-5. (in Chinese)

        [13] 唐爽,岑剡.利用硅光電池測量硅單晶半導(dǎo)體材料的禁帶寬度[J].物理實(shí)驗(yàn),2008,28(11):6-8. Tang Shuang, Cen Yan. Measuring the band gap of silicon using silicon photocells[J]. Physics Experimentation, 2008, 28(11): 6-8. (in Chinese)

        [14] 黃水平,郭旭東,張飛雁,等.擬合法測量高斯光束的束腰半徑[J].物理實(shí)驗(yàn),2010,30(3):29-31. Huang Shuiping, Guo Xudong, Zhang Feiyan, et al. Measurement of waist radius of Gaussian beam by fitting method[J]. Physics Experimentation, 2010, 30(3): 29-31. (in Chinese)

        A NEW METHOD FOR SIMULTANEOUSLY MEASURING WAIST POSITION AND WAIST RADIUS OF GAUSSIAN BEAM

        Huang Shuiping

        (College of Science, Ningbo University, Ningbo Zhejiang 315211)

        Based on the transverse light intensity distribution of Gaussian beam, the relationship among the light power, the waist position and the waist radius of Gaussian beam, the aperture of diaphragm and the position of diaphragm was derived. A simple measuring installation was built using a He-Ne laser, a convex lens, a diaphragm and a Silicon Photocell. The light power transmitted out of the diaphragm, which was placed in the different positions along the propagation direction of Gaussian beam respectively, was measured using the measuring installation. The waist position and the waist radius of Gaussian beam were measured simultaneously by fitting the measured data with the derived formula. The results show that the proposed method is not only appropriate and feasible, but also simple and convenient.

        Gaussian beam; waist position; waist radius; simultaneous measurement

        2016-12-24;

        2017-03-05

        浙江省高校實(shí)驗(yàn)室工作研究項(xiàng)目(Y201310)。

        黃水平,男,副教授,主要從事薄膜光學(xué)、光電檢測方面研究和近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,huangshuiping@nbu.edu.cn。

        黃水平. 一種同時(shí)測量高斯光束束腰位置和半徑的新方法[J]. 物理與工程,2017,27(4):30-33.

        猜你喜歡
        光電池激光束小孔
        小孔何時(shí)無法成像
        小波閾值去噪在深小孔鉆削聲發(fā)射信號(hào)處理中的應(yīng)用
        硅光電池實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        基于MEMS反射鏡顯示系統(tǒng)的激光束控制算法
        為什么花盆底部要開一個(gè)小孔
        激光焊接設(shè)備專利技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢
        傍晚,路燈為什么能自動(dòng)亮起來?
        基于LABVIEW的光電池伏安特性研究
        電子制作(2016年23期)2016-05-17 03:53:41
        印度科學(xué)家開發(fā)出化學(xué)光電池
        OCr18Ni9不銹鋼的微小孔鉆削
        亚洲日产一线二线三线精华液| 亚洲国语对白在线观看| 国产丝袜美腿在线播放| 狠狠色丁香婷婷久久综合| 久久无码人妻精品一区二区三区| 国产精品一区二区韩国AV| 用力草我小逼视频在线播放| 国产熟女一区二区三区不卡| 欧美性色黄大片手机版| 97性视频| 中文字幕av人妻一区二区| 一本久道高清视频在线观看| 欧美放荡的少妇| 国产在线不卡AV观看| 区三区久久精品水蜜桃av| 一区二区精品国产亚洲| 中文字幕久久精品一二三区| 国产高潮精品久久AV无码| 最新国产一区二区三区| 无码少妇丰满熟妇一区二区| 欧洲成人午夜精品无码区久久| 日本一区二区三区中文字幕最新| 亚洲av一二三四五区在线| 国产精品日本一区二区在线播放 | 丝袜足控一区二区三区| 国产精品天干天干在线观蜜臀| 亚洲激情综合中文字幕| 亚洲色大成网站www久久九九| 91老司机精品视频| 久久亚洲精品中文字幕蜜潮| 绝顶高潮合集videos| 成人综合网亚洲伊人| 91极品尤物在线观看播放| 91精品啪在线观九色| 国产精品无码一区二区在线看 | 欧美h久免费女| 粉嫩极品国产在线观看免费一区| 无码任你躁久久久久久久| 午夜短无码| 在线观看一区二区蜜桃| 亚洲欧美乱综合图片区小说区 |