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摘要激光的光束质量是激光器的一个重要的技术指标，是从质的角度上来评价激光光束传播性质的量值。本文简单介绍了几种常见的用传统方法评价激光光束质量的方法，并比较并说明了他们的优缺点。本文还阐述了光束质量因子--M2因子的计算方法和公式。在此基础上，用扫描拟合法搭建了一套激光光束质量测量系统，该系统使用 CCD作为探测器件，对轴向不同位置的激光光斑记录捕捉，通过计算机软件进行分析计算，从而得到目标激光器的相应光束质量的参数。最后用该系统对 He-Ne激光器进行了测量实验，并进行了误差分析。除此之外，讨论了几种截面上测量光斑尺寸的方法，并在其中进行了比较。31134
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毕业论文关键词 光束质量 M2因子
Title Research on the method of lazer beam quality
Abstract Laser beam quality is an important technical indicators of laser , which evaluates the amount of laser beam propagation characteristic value from the qualitative aspects. Several traditional methods of laser beam quality’s evaluation were introduced whose shortcomings were pointed out. The beam parameter（M2）’s formula was deduced. On the basis of the theory, a newly developed laser beam quality measure system with CCD detector was implemented which can capture laser beam pictures at different locations. Then, the parameters of laser beam quality can be acquired by computing and analyzing with the computer software system. Finally, the He-Ne laser experiments and the uncertainty analysis were carried out, and the results showed that the system can be used for laser beam quality evaluation. In addition,a method of measuring the radius of several sections was brought and compared.
Keywords beam quality M2 factors
目录
1绪论1
11研究背景1
12选题意义1
13国内外研究现状2
131国外现状2
132国内现状3
14论文的主要研究内容4
2扫描拟合法的基本原理5
21激光光束质量的评价标准5
22M2
因子的定义5
23M2
因子的测量方法6
231曲线拟合法6
232两点法7
233单截面光强分布求M2
因子8
234基于模式分解对光束进行测量8
24激光束宽测量方法9
241CCD法9
242可变光阑法9
243移动刀口法9
244狭缝扫描法10
245功率衰减法10
25扫描拟合法11
3扫描拟合算法12
31截面扫描算法12
311几何扫描法12
312灰度扫描法13
313关键算法13
313小结14
32轴向拟合算法14
33本章小结15
4扫描拟合系统搭建与测量16
41扫描拟合系统框架16
42系统测量方案17
43测量步骤18
44测量结果分析19
441预实验19
442正式实验19
45重复性与误差分析22
46测试结论23
47本章小结24
结论25
致谢27
参考文献28
附录A求取光斑半径的MATLAB程序一29
附录B求取光斑半径的MATLAB程序二30
附录C：求取M2
因子的程序31
附录D计算误差和不确定度的程序32
1 绪论 自从梅曼研制出激光器以来，激光技术自身在不断的进步的同时，也在对各个领域不断地产生深远的影响。光学现如今已经和多种学科结合成了很多种应用技术领域。光学在科学领域逐渐的发挥出了先导的作用，本文对光束质量的检测是评价激光器的几个核心指标之一，检测流程和精度的进步也会促进激光技术的不断向前。 1.1 研究背景 激光科学技术与相应工程是近几年的热门研究工程之一，它是研究激光的产生，传输，变换，控制，应用的领域。激光相比其他光源有着很明显的优势。第一，激光光束的单色性很好，这种性质意着它的线谱会很宽，时间相干性很好。可以用来做长度基准，检测和测量。第二，激光具有很好的空间相干性，可以利用这个特点进行全息技术和无损的检测技术。第三，激光具有很好的准直性，可以用来测量速度，测量距离和导向等等。第四，激光的能量可以集中到很小的位置里，所以可用来切割，材料加工，甚至可以参与核聚变的点火工作。 基于激光的如上这些优点，激光已经渐渐成为现代制造技术的不可或缺的一部分。而光束质量是激光的核心，它标志着激光器制造技术发展的水平，也同时决定了一台激光器的适用范围。随着激光技术应用的拓展，如何准确评价、测量激光光束质量成为一个关键问题。 1.2 选题意义 一般地，我们认定光束质量就是以质的角度来评价激光束的一种性质。但是在很长一段时间里，光束质量的评价标准没有一个统一的标准，针对不同的领域和不同的应用，人们给出了许多不同的零散的指标，这给科研和实际应用带来了很大的不便。在 20 世纪的 90年代初期, 西格曼对反应激光的光束质量的 M2因子第一次给出了比较完整的定义[1]。M2因子,与其他评价标准相比更加公正和客观地来评价激光器和一些光学元器件的传输性质。在激光器研造、测试等方面对其光束的质量的要求十分必要。探讨如何更加快速，精确地检测 M2对科学研究以及其他应用都具有重要意义。