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    188宝金博页面版: 用刀口法测量氦氖激光基横模

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    内容提示： 第17卷第11期1 9 9 8 年 1 1 月大　学　物　理COLLEGE　PHYSICSVol. 17 No. 11Nov. 1998　收稿日 期: 1997- 12- 29;修回日 期: 1998- 05- 05用刀口法测量氦氖激光基横模杨　枫　　孔宪生(东北师范 大学物理系, 长春　130024)摘　要 　介绍研究氦氖激光 基横模的刀口 法测量原理, 给出 实验装置和 实验结果. 这种方法能够证实氦氖激光基横模的光强分布是高斯分布, 能够确定光斑的大小.关键词　刀口法; 高斯分布; 光斑分类号　O 432; TN 241　　在许多 应用激光的场合都希望激光光斑的光 强分布是均匀 的, 但是实 际的光强分布是不均匀的. 在各 种不同 ...

    文档格式：PDF | 页数：2 | 浏览次数：96 | 上传日期：2013-03-21 12:11:31 | 文档星级：
    第17卷第11期1 9 9 8 年 1 1 月大　学　物　理COLLEGE　PHYSICSVol. 17 No. 11Nov. 1998　收稿日 期: 1997- 12- 29;修回日 期: 1998- 05- 05用刀口法测量氦氖激光基横模杨　枫　　孔宪生(东北师范 大学物理系, 长春　130024)摘　要 　介绍研究氦氖激光 基横模的刀口 法测量原理, 给出 实验装置和 实验结果. 这种方法能够证实氦氖激光基横模的光强分布是高斯分布, 能够确定光斑的大小.关键词　刀口法; 高斯分布; 光斑分类号　O 432; TN 241　　在许多 应用激光的场合都希望激光光斑的光 强分布是均匀 的, 但是实 际的光强分布是不均匀的. 在各 种不同 光强分布形式 中, 基横模的 光强分布不均 匀性最小, 因此需要激光器工作在基横模状态. 激光是现代 光学的 重要组成部分, 让学 生掌握研究激光基横模的 实验原 理和方法是非常必要的. 过去研究 氦氖激光的 基横模是用扫 描法, 本文介 绍一种 称为刀 口法的 实验研究方法. 这种方法能够验证氦氖 激光基横模的 光强 分布是高斯分布, 能够方便地测定光斑的大小.1　光强分布和光斑大小激光 在谐振腔内振荡的过程中, 在光束横截面上的光 强形成 各种不 同形式 的稳定 分布. 在光束横截面上的这种稳定分布, 称 为激光束 的 横向 模式, 简 称 横模. 取激光器的轴向 为直角坐标系的 z 轴, 以谐振腔 的中心 为原 点, 并在与 主轴 z 垂直的平面上取 x 轴和 y轴, 用符号 TEMmn来表示各种 横向 模式. 这里 m、n 均为正 整数, 分别表示在 x 轴和 y 轴方向上光 强为零的那些零点 的序数, 称 为模式序数. 基横模是光斑中间 没有光强为零的光斑, 称为 TEM00模; 而 T EM10模则表示在 x 方向上有一个光强为零的光斑; T EM01模表示在 y方向上有一个光 强为 零的光 斑; 以 此类推. 模式 序 数m、n 越大, 光斑图形中 光强为零的数目 就越多. 基横模的光强分布不均匀性最小是显而易见的 .氦氖 激光束 基横模的光强 分布是高斯分布, 在垂直于 z 轴的 xy 平面上的光强分布 I( x, y ) 为PW2exp -2(x2+ y2)I(x,y) =2P0W2( 1)或I(x, y) = I0exp -2(x2+ y2)W2(2)其中 P0为光 束的总 功率, I0为光 束截面上的中 央最大光强,W 称为光斑半径, 它定义 为光强衰减到中央最大光强的1/e2的 位置与 z 轴 之间的距离, 称 为半宽度. 衡量光斑大小也常用 半极大全宽 度( FWHM ) , 它 定义为光强衰减到中央最大光强的一半的位置与z 轴之间距离的2倍, 称为半功率直径, 记为 D1/ 2, 它与 W 的关系由式(1) 或式( 2) 可得D 1/ 2=2ln 2 W= 1. 177 4W(3)2　刀口法测量原理用刀口法可以测 定光斑的大小和验证光斑的光强分布是高斯分布. 实验中使刀口平行于 y 轴, 沿平行于x 轴方向 移动. 当 刀口缓慢推入光束时, 设刀 口挡住了x ≤a 的所有点, 未被刀口挡住而通过的光功率 P 用余误差函数表示为P=∫∞- ∞∫∞aI(x,y) dxdy=P02erfc(2Wa)(4)如果先 用刀口 把光束全部挡住, 然 后把刀 口缓慢拉出时, 未被刀口 挡住而通过的 光功率可用相 应的误差函数表示. 将式( 1) 、( 2) 和 式(4) 归一化后有I(x , y)P0=12PR2exp( -x2+ y22R2 )(5)I(x, y)I0= exp(-x2+ y22R2 )(6)PP0=12erfc(a2 R)(7)

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