氦氖激光束光斑大小及发散角的测量
实验目的：
测量氦氖激光束的光斑大小。
测量氦氖激光束的发散角。
实验原理：
光斑大小是指激光束在焦平面上形成的亮斑大小，可以通过刀口法进行测量。发散角是指激光束从激光器输出后，在远距离处形成的锥形束的夹角，可以通过投射到屏幕上的光斑直径和已知距离进行计算。
实验器材：
氦氖激光器
光功率计
刀口
米尺
白板
实验步骤：
测量光斑大小：
1. 将刀口置于白板前，与激光束垂直。
2. 移动刀口，使光斑一半被遮挡。
3. 记录未遮挡部分的光斑直径。
4. 根据刀口宽度，计算光斑的实际直径。
测量发散角：
1. 将激光束投射到白板或幕布上。
2. 测量光斑直径。
3. 测量激光器到白板的距离。
4. 根据公式 θ = d/2L 计算发散角，其中θ为发散角，d为光斑直径，L为激光器到白板的距离。
计算公式：
光斑直径：d = 2w
发散角：θ = d/2L
注意：
确保激光束稳定，避免功率波动。
使用适当的防护措施，避免激光束直射眼睛。
测量时，保证测量仪器准确可靠。
激光光束质量主要评价指标
评价激光光束质量的主要指标包括：
1. 光束直径（D）：束腰处光束的直径，通常用波长（λ）的倍数表示。
2. 发散角（θ）：束腰后光束的扩散角，通常用弧度（rad）或毫弧度（mrad）表示。
3. 莫德数（M2）：描述光束相对于完美高斯光束的偏离程度，M2=1表示完美高斯光束。
4. 光斑尺寸（w）：光束沿传播方向在束腰位置处的光斑半径（1/e2强度）。
5. 偏心距（δ）：光束光斑中心与光束几何中心的偏移量。
6. 椭圆率（ε）：光斑长短轴的比值，ε=1表示圆形光斑。
7. 波前畸变（WFE）：光束波前与理想球面对比的变形程度，通常用峰值波前畸变（PV）或均方根波前畸变（RMS）表示。
这些指标对于评估激光光束在各种应用中的性能至关重要，如激光加工、光通信和医疗成像。
激光器的光斑直径是指激光束在经过透镜等光学元件聚焦后，在焦点处形成的光束截面的直径。它通常用希腊字母“ω”表示。
光斑直径受多种因素影响，包括：
激光波长：波长越短，光斑直径越小。
透镜焦距：焦距越短，光斑直径越小。
光源特性：激光器的模态结构、发散角等特性会影响光斑直径。
光斑直径在激光应用中至关重要。例如，在激光加工中，小光斑直径可实现高精度切割和雕刻。在激光通信中，小光斑直径可提高光束传输距离和接收灵敏度。
测量光斑直径的方法有多种，其中包括：
刀锋法：使用锋利的刀片或光栅穿透光束，观察光斑在屏幕上的阴影移动。
光学CCD/CMOS相机：使用光学相机捕获光斑图像，并通过图像处理软件测量光斑直径。
光束分析仪：专门用于测量激光光束特性的仪器，可快速准确地测量光斑直径。
控制光斑直径对于优化激光器的性能和应用至关重要。通过选择合适的激光器和透镜，以及使用合适的测量方法，可以实现所需的光斑直径，以满足不同的应用程序需求。
