基本信息
- 项目名称：
- 高斯光束特性实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 提出了2种在激光原理实验教学中，测量高斯光束特性参数、研究高斯光束变换规律的装置和方案
- 详细介绍：
- 提出了2种在激光原理实验教学中，测量高斯光束特性参数、研究高斯光束变换规律的装置和方案。①利用刀口法直接测量氦氖激光器后方，不同位置高斯光束光斑半径，对测量数据进行最小二乘法拟合，可得束腰半径、束腰位置、远场发散角及衍射倍率因子；②利用刀口法测量高斯光束经辅助透镜变换后，辅助束腰两侧不同位置的光斑半径，对测量数据进行最小二乘法拟合与计算，可确定光束经透镜变换后，光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角，再利用高斯光束变换规律，可以获得光束经透镜变换前，高斯光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角。2方案测量结果基本符合，测量结果和谐振腔理论符合较好。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 高斯激光光束特性参数测量技术在激光物理和激光技术领域具有非常重要的作用，同时高斯激光光束特性参数也是激光物理教学中非常重要的教学内容，但目前缺乏相关的教学实验仪器和实验方案。为了解决这一问题，论文提出了应用在激光物理实验教学领域，测量高斯光束特性参数的两种实验装置和方案
科学性、先进性及独特之处
- 目前测量高斯光束特性参数的仪器为光束质量分析仪，但目前市场销售的光束质量分析仪都针对实验室科学测量所设计，价格昂贵，对使用环境要求较高，装置封闭，不适合应用在本科激光物理实验教学。本文所提出的实验方案结构简单、价格低廉、结构开放的特点。
应用价值和现实意义
- 论文研究内容对于解决激光物理实验教学中，缺乏测量高斯光束特性参数及研究光束变换规律的实验仪器及实验方案这一问题有一定意义
学术论文摘要
- 提出了2种在激光原理实验教学中，测量高斯光束特性参数、研究高斯光束变换规律的装置和方案。①利用刀口法直接测量氦氖激光器后方，不同位置高斯光束光斑半径，对测量数据进行最小二乘法拟合，可得束腰半径、束腰位置、远场发散角及衍射倍率因子；②利用刀口法测量高斯光束经辅助透镜变换后，辅助束腰两侧不同位置的光斑半径，对测量数据进行最小二乘法拟合与计算，可确定光束经透镜变换后，光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角，再利用高斯光束变换规律，可以获得光束经透镜变换前，高斯光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角。2方案测量结果基本符合，测量结果和谐振腔理论符合较好。
获奖情况
- 于2010年8月发表在中文核心期刊《实验室研究与探索》第08期中
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- 1. 周炳琨，高以智等.激光原理[M]. 第六版，北京：国防工业出版社，2009: 25-101. 2. 陈家壁，顾铮先等.激光原理及应用[M]. 北京：电子工业出版社，2007: 49-70. 3. 卢亚雄，余学才等， 激光物理[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2005: 1-100. 4. 黄水平,郭旭东,张飞雁等.拟合法测量高斯光束的束腰半径[J], 物理实验, 2010, 30 (3): 29-34. 5. 李勇, 余学才.用OpenGL模拟基横模高斯光束光强分布[J],实验科学与技术，2007, 5 (4): 20-23. 6. 樊心民 郑义 王冠军等.90/10刀口法测量高斯激光光束束腰的两种计算方法[J], 应用激光, 2008, 29 (2): 139-141. 7. 杨晓冬，邵建新，廖生鸿等.刀口法测量高斯光束光斑半径研究[J],激光与红外，2009, 39(8): 829-832. 8. 樊心民，郑义，孙启兵等. 90/10刀口法测量激光高斯光束束腰的实验研究[J]，激光与红外，2008, 38(6): 541-543. 9. M.A. Araujo, R. Silva, E. Lima et al., Measurement of Gaussian laser beam radius using the knife-edge technique: improvement on data analysis [J], Applied Optics, 2009, 48(2): 393-396. 10. Thomas F. Johnston, Beam Propagation (M2) Measurement Made as Easy as It Gets: The Four-Cuts Method, Applied Optics, 1998, 37(21): 4840-485. 11. D. Diso, M. R. Perrone, M.L. Protopapa, Beam width measurements of asymmetric multi-mode laser beams [J], Optics and Laser Technology, 1999, 31(6): 411-418.
同类课题研究水平概述
- 高斯激光光束特性参数测量是激光物理和激光技术领域非常重要一项技术，同时高斯激光光束特性参数及测量也是激光物理教学中非常重要的教学内容。但目前市场销售的测量高斯光束特性参数的仪器装置都是针对科研测量，价格通常较为昂贵，对使用环境要求较高，且装置密闭，不利于学生对于测量技术的理解，不适合应用在本科激光物理实验教学。根据调研，目前市场上没有应用在激光物理实验教学领域，测量高斯光束特性参数的实验装置，同时也没有相关教学实验方案的文献报道。 本文提出了应用与激光物理教学过程，测量高斯光束特性参数的两种实验方案及装置，并在光学平台上对测量方案及装置进行了实验研究。根据本论文方案及实验研究结果，我校激光原理实验室已经组装了高斯光束特性参数样机。研究表明。装置和方案具有：结构简单、价格低廉（不超过1万元），且装置所需主要元件都可在市场上购得；具有测量束腰位置、束腰半径、远场发散角、衍射倍率因子以及研究光束变换规律等多项功能；装置开放，便于理解测量过程；能在普通实验室内使用；测量精度也能够满足实验教学的要求。
