GCS-GAUSS 激光高斯光束的参数测量及光束变换实验

众所周知，激光器由光学谐振腔、工作物质、激励系统构成，相对一般光源，激光有良好的方向性，也就是说， 光能量在空间的分布高度集中在光的传播方向上，但它也有一定的发散度。在激光的横截面上，光强是以高斯函数 型分布的，故称作高斯光束。

在激光生产与应用中，如定向、制导、精密测量、光通讯等，需要了解激光光束的各种参数指标。因此，掌握 高斯光束测量方法是光电专业学生必须具备的能力。

◆ 知识点：

高斯光束、激光光场分布、光束变换

◆ 涉及课程：

激光原理、激光技术、光学教程

◆ 实验内容：

·高斯光场分布观测

·高斯光束聚焦与焦斑观测

·激光高斯光束参数研究（束腰、发散角等）

·高斯光束线变换观测

·高斯光束面变换观测

·高斯光束平顶光束变换观测

·高斯光束点阵等衍射图样变换观测

◆ 实验原理：

本实验为典型的激光技术应用型实验，其内容覆盖了激光高斯光束测量、光学系统与高斯光束的变换、高斯光 束的聚焦与准直等多个知识点，内容丰富、训练全面。本实验仪器用具的选择和设计、具有很大的开放性，实验内 容可根据教师需求发展成为不同方向的设计性实验。

1-7 GCS-GAUSS

◆ 效果图：

方形光斑变换图 

点阵光斑变换图

光强分布示意图

◆ 技术指标：

·HeNe 激光器：中心波长 632.8nm；功率 ≥1.5mW，TEM00，安全双开关（钥匙保护开关、船型开关），安全保护 高压插头；

·衰减组件：基底材料 K9；外形尺寸 Φ54± 0.1mm，波段 400 ～ 700nm，平行度 30"，光洁度 III 级，镀膜扇形角宽：

270°；

·二维光束变换组件：Ф25.4mm，f=50.8mm ～ 200mm，光洁度 IV 级，宽带 MgF2 增透膜 400nm ～ 700nm，可 以实现激光束 2-4 倍扩展；

·线光束变换组件：Ф25.4mm，f100mm 光洁度 IV 级，宽带 MgF2 增透膜 400nm ～ 700nm；

·滤光片组件：Ф25.4mm，半高宽 FWHM 10nm，透过率 T>50%，金属框封装；

·光阑组件：Ф2-29mm 可调；

· 相机接收组件：分辨率 1280×1024，量化深度 10bit，像素大小 5.2μm×5.2μm，USB2.0 接口，快门时间 

119us-100ms；

·激光光束分析软件：光场强度二维彩色分布，光斑直径测量，背景扣除等功能，最小测量尺寸 100μm，测量精度 5%；背景采集，光斑直径测量，光场强度一维、二维和三维分布，包含相机参数设置模块，光斑发散角计算模块，

M 方因子计算模块，束腰位置及瑞利长度计算模块，USB2.0 硬件接口；

·多衍射组件：多光束 9*9 点阵衍射图案，网格衍射图案，十字衍射图案，圆形衍射图案等衍射组件；

·光束匀光器：输入光斑 Ф10mm，工作距离 600mm，矩形光斑 50X50mm，面均匀性 <5%；

·精密光学导轨：1200mm（长）×100mm（宽），可搭载 GCM 系列精密光机调整部件；

·精密机械调整架：角度精度 ±4′，分辨率 0.005mm，调节机构保证等双轴等高，横向偏差 1′，纵向偏差 1′；

·光学元件：BK7 A 级精密退火材料，焦距 ±2%，直径 -0.2mm，中心偏差 3′，光圈 1-5；局部误差 0.2-0.5，面 粗糙度 60/40（Scratch/Dig），MgF2 增透膜镀膜，有效孔径 90%；

◆ 设备成套性：

He-Ne 内腔激光器组件、光学导轨组件、可变光阑组件、高斯光束变换透镜组件、激光衰减器组件、CCD 组件、 光束分析与测量软件

◆ 必备设备：

电脑（可用笔记本）

◆ 选配清单：

光学清洁箱、光学储存干燥箱、实验设备展板

◆ 建议课时：

6 课时