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激光光束质量评价参数测量技术研究

作　者: 贾少春
导　师: 李庆辉
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 光束质量 M~2因子光束束宽二阶矩
分类号: TN241
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着激光技术在各个领域的广泛应用,如何有效地检测和评价激光光束质量已成为激光技术研究中的关键问题。本文从激光束的特性出发,介绍了几种传统的激光光束质量评价方法,并指出了他们的不足;基于矩量分析理论,阐述了光束衍射极限倍数因子M2作为激光光束质量评价标准的科学性和合理性,并推导出光束参数的计算公式。在此基础上,实现了一套激光光束质量分析系统,该系统采用CMOS相机作为探测器件,对轴向不同位置的激光光斑图像进行捕捉,通过软件系统进行分析计算,得到待测激光器的光束质量参数。最后对He-Ne激光进行了测量实验,测试结果表明,该软件系统可以应用于激光光束质量的检测。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 研究现状  10-11
    1.2.1 国外研究现状  10-11
    1.2.2 国内研究现状  11
  1.3 论文的主要研究内容  11-14
第二章激光光束质量评价理论  14-28
  2.1 激光产生原理  14-16
    2.1.1 能级概念  14
    2.1.2 激光产生机理  14-16
  2.2 激光束参数的描述  16-22
    2.2.1 光束强度（Beam intensity）  16-17
    2.2.2 光束模式（Laser mode）  17-18
    2.2.3 光束束宽（Beam width）  18-20
    2.2.4 远场发散角（Beam divergence angle）  20-21
    2.2.5 瑞利长度（Rayleigh length）  21-22
  2.3 激光光束质量的评价参数及其适用性  22-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章光束质量测量方案  28-48
  3.1 用M2 因子评价激光光束质量  28-37
    3.1.1 M2 因子是相对理想的评价参数  28-30
    3.1.2 M2 因子概念与激光基本性质的联系  30-31
    3.1.3 M2 因子的局限性  31-32
    3.1.4 选择M2 因子评价的原因  32
    3.1.5 矩量分析理论与M2 因子  32-35
    3.1.6 高斯光束的光束参数和M2 因子  35-37
  3.2 M2 因子测量方法  37-40
  3.3 激光光束束宽测量方法  40-42
    3.3.1 CCD 法  40
    3.3.2 可变光阑法  40-41
    3.3.3 移动刀口法  41
    3.3.4 狭缝扫描法  41-42
    3.3.5 功率衰减法  42
  3.4 系统设计方案  42-45
    3.4.1 系统原理图及硬件选择  43
    3.4.2 CMOS 相机  43-44
    3.4.3 衰减片  44-45
  3.5 测量结果及误差分析  45-46
    3.5.1 测量结果  45
    3.5.2 测量结果分析  45-46
  3.6 本章小结  46-48
第四章光束分析算法及其实现  48-56
  4.1 软件设计  48-49
    4.1.1 软件的工作流程  48-49
    4.1.2 软件的主要功能  49
  4.2 激光光斑的伪彩色处理  49-52
    4.2.1 伪彩色实现  49-51
    4.2.2 伪彩色处理结果  51-52
  4.3 光束宽度的测量及算法实现  52-53
  4.4 结果窗口  53-55
    4.4.1 光强分布窗口  53
    4.4.2 结果窗口  53-54
    4.4.3 程序界面  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章结论与展望  56-58
  5.1 本文工作总结  56
  5.2 展望  56-58
致谢  58-60
参考文献  60-63

激光光束质量评价参数测量技术研究

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