【正文】 很強的激光經(jīng)多層結(jié)構將產(chǎn)生千涉。2. 應用CCD元件，也存在一些問題，我們考慮了解決這些問題的方法。CCD工作脈沖時序要求很嚴格，對電平幅度也有一定要求，所以，驅(qū)動電路安排有一定考慮。(2) CCD驅(qū)動箱提供CCD元件全部脈沖電平和直流電平，并且具有采樣保持電路和同步輸出。這種工作方式有很多優(yōu)點。“勢阱”中的“少數(shù)載流子”（信息）依次向輸出端移動，直到全過程完成為至。CCD的主要優(yōu)點是：體積小，壽命長，重量輕，功耗小，動態(tài)范圍大 ，靈敏度高，圖象幾何尺寸恒定，位置精度高等等。目前采用的90%/10%測量方法對應=A=，滿足上述條件，同時在=A=2與=A=，因此常用的90%/10%測量方法所對應的測量點應在最佳測量位置附近。所引起刀口位置測量誤差可以表示為： (29)式中：為透過刀口邊緣的激光功率隨刀口位置坐標的變化率，ΔP為激光功率計的精度。在圖22中，刀口位置由光學平移臺所帶有的螺旋測微器測量，根據(jù)公式(27)，該誤差引起的光斑半徑測量誤差為： (28)式中，和分別為測量刀口位置坐標與時，螺旋測微器產(chǎn)生的測量誤差。根據(jù)式(25)計算所得取不同值時的A值。因此，當選取 為任意值時，都可根據(jù)透過率為所對應的兩刀口位置坐標，測量光斑半徑。圖21為刀口法測量高斯光束光斑半徑裝置示意圖。而刀口法對高能量光束半徑的測量特別實用。在激光器的設計中它的大小還會影響對晶體熱效應的估算。 論文研究的內(nèi)容本文共分3章，內(nèi)容結(jié)構如下：第1章介紹論文的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及主要研究內(nèi)容。但也存在明顯的局限性：1. 不能同時確定最小光斑位置及其尺寸；2. 測量精度受探測器響應率及響應時間的影響；3. 調(diào)整過程難度大。它是一種比較粗略的估計方法。該方法的缺點是：1. 不易把握曝光時間從而容易造成曝光過度或不足，而影響準確度；2. 數(shù)據(jù)處理麻煩。1977年出現(xiàn)的自由電子激光器，機制則完全不同，它的工作物質(zhì)是具有極高能量的自由電子，人們可以期望通過這種激光器，實現(xiàn)連續(xù)大功率輸出，而且覆蓋頻率范圍可向長短兩個方向發(fā)展。激光具有單色性，相干性等一系列極好的特性?？上驳氖?，科學家邁曼巧妙地利用氙燈作光抽運，從而獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因此，我開始探索、尋找固體激光器的材料?！睂嶋H上，干涉儀就是一種諧振器。在研究激光器的過程中，應把引進諧振腔的功勞歸于肖洛。值得注意的是，自1916年愛因斯坦提出受激輻射的概念以后，1940年前后就有人在研究氣體放電實驗中，觀察到粒子反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。湯斯認為可將微波推到紅外區(qū)附近，甚至到可見光波段。經(jīng)過幾年的努力，1954年湯斯和他的助手高頓、蔡格發(fā)明了氨分子束微波激射器并使其正常運行。從技術本身來說，雷達是電磁波向超短波、微波發(fā)展的產(chǎn)物?？茖W家們把無線電波波長縮短到十米以內(nèi)，使得世界性的通訊成為可能，那是30年代的事情。其實，每一項重大發(fā)明，都是科學家們智慧的結(jié)晶，里面包涵著他們的汗水和心血。在工業(yè)上的金屬精加工，在醫(yī)療上的激光縫合技術，在軍事上的激光定位等等，這些激光的應用都要依靠調(diào)節(jié)激光光斑尺寸和能量參數(shù)。對傳統(tǒng)工業(yè)的改造將發(fā)揮愈來愈顯著的作用，激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。 由于激光具有很好的單色性、相干性、方向性和高能量密度，它已滲透到各個學科領域，形成了新的學科。 knifeedge method.不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 II 目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 論文研究的內(nèi)容 4第2章 激光光斑測量方法探究 5 刀口掃描法測激光光斑直徑研究 5 CCD測激光光斑直徑方法 9 本章小結(jié) 17第3章 激光光斑尺寸的測量與數(shù)據(jù)分析 18 刀口法測光斑直徑 18 90/10刀口法理論及方法 18 計算理論 20 實驗數(shù)據(jù)處理 20 實驗分析 22 CCD法測激光光斑方法 22 用CCD拍攝光斑圖像 22 Matlab的圖片處理 23 圖像處理結(jié)果 23 實驗分析 26 本章小結(jié) 27結(jié)論 28致謝 29參考文獻 30附錄A 英文原文 31附錄B 中文譯文 35附錄C Matlab程序 39千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。關鍵詞　激光光斑尺寸；Matlab；CCD 傳感器；刀口法The Measurement and Research of Laser Spot Size AbstractThe size of Laser spot is not only one important parameter of laser performance, but also in laser application.This paper introduces two methods of measuring laser spot diameter: scanning method, CCD: knife method. We analyze of measurement is cut the size of the gaussian beam waist measurement device spot, and elaborates on process of the measurement. Using this method of laser spot size measurement is feasible. The experiment device is simple and practical. CCD method uses the CCD sensor as a detection can be more accurate to measure the size of the laser spot and waist size spot, overing traditional measurement process and using puter control to deal with data processing, and the measurement accuracyCCD法是利用CCD作為探測傳感器，可以更精確地測出激光器的光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了傳統(tǒng)測量的繁雜過程，并用計算機控制及數(shù)據(jù)處理，測量精度得到提高，為激光器性能研究和光信息處理提供了一種新的方法。本文主要介紹了兩種測量激光光斑尺寸的方法：刀口掃描法，CCD法。分析了利用刀口法測量高斯光束腰斑大小的測量實驗裝置，并闡述了具體的測量過程。本文給出了這兩種方法測得的數(shù)據(jù)及處理結(jié)果。is improved, providing a new method for laser performance study and light information processing. At the same time, it gives two methods of measured data and processing results.The results show that the method of blade scanning is practical for highenergy beams radius’s measurement. Simple device can be operated in ordinary laboratory. CCD detection method is visually good, and do not need to manufacture progress ivescan auxiliary of the machine movement, the imaging accuracy and precision is the higherKeywords　Laser spot size。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。例如：激光信息存儲與處理、激光材料加工、激光醫(yī)學及生物學、激光通訊、激光印刷、激光光譜學、激光化學、激光分離同位素、激光核聚變、激光檢測與計量及軍用激光技術等，極大地促進了這些領域的技術進步和前所未有的發(fā)展。促進醫(yī)療技術進步，提高人民健康水平，激光醫(yī)療技術目前已在眼科、外科、內(nèi)科、婦科、耳鼻喉科、心血管科、皮膚科等領域得到廣泛應用，激光醫(yī)療設備已進入縣以上的醫(yī)院，這對醫(yī)療技術的進步和提高人民健康水平起著重要作用。因此，對激光尺寸的精確測定是有意義的。自然，激光器的發(fā)明也不例外。后來，隨著速調(diào)管和空穴磁控管的發(fā)明，科學家便對厘米波的性質(zhì)進行研究。大戰(zhàn)以后，科學家又開創(chuàng)了微波波譜學，目的是探索光譜的微波范圍并把其推廣到更短的波長。這為以后激光器的誕生奠定了基礎。1958年，肖洛與湯斯合作，率先發(fā)表了在可見光頻段工作的激射器的設計方案和理論計算。按當時的實驗技術基礎，就具備建立某種類型的激光器的條件。肖洛長期從事光譜學研究。肖洛在貝爾電話實驗室的七年中，積累了大量數(shù)據(jù)，于1958年提出了有關激光的設想?！钡拇_，不到一年，在1959年9月召開的第一次國際量子電子會議上，肖洛提出了用紅寶石作為激光的工作物質(zhì)。于是，1960年6月，在Rochester大學，召開了一個有關光的相干性的會議，會議上，邁曼成功地操作了一臺激光器。從誕生那天開始，人們就預言了它的美好前景。高斯光束光斑半徑的精確測量對光束質(zhì)量因子的判定及激光系統(tǒng)設計有非常重要的意義[4]。閾值時間法：激光照射制片、木板、塑料板等材料后，在這些材料上得到燒蝕圖形。掃描法：在激光截面上，利用小孔、狹縫或刀口掃描光斑，使激光光斑（或探測器）沿垂直于光束的方向移動，其移動速度恒定[8]。CCD法：用用線陣式CCD器件作為光探測器，拍攝光斑圖像，經(jīng)過預處理，導入Matlab軟件，得出能量分布圖進而求出光斑直徑。第2章分別介紹了刀口掃描法和CCD法測激光光斑尺寸的理論基礎以及方法探究。激光光束直徑的測量一般有套孔法、刀口法、 CCD法等。因而，刀口法是一種測量高斯光束光斑尺寸及束腰尺寸的理想方法。圖22為刀口垂直切割光束示意圖，當?shù)犊谙鄬τ诠獍咧行淖鴺藶闀r，刀片遮擋部分激光，透過刀口邊緣激光功率占總功率百分比為（設 50%），當?shù)犊谝苿拥脚c位置對稱的位置時，透過刀口邊緣激光功率百分比為；目前采用的90%/10%刀口測量方法為：取，測量透過刀口邊緣光功率占總功率百分比分別為90%和10%時的刀口位置坐標，確定刀口邊緣與光斑中心距離的值；根據(jù)理論分析。本文對為不同值時，光斑半徑的測量及測量誤差進行了理論分析，根據(jù)理論分析結(jié)果，采用不同的值，測量了激光光斑半徑?？煽闯觯篈與一一對應，當選取值較大時，測量點遠離光斑中心，A值增大。從式(28)可看出，當選取較小時，測量位置靠近光斑中心 A值較大，誤差的數(shù)值也將增大。功率計引起的光斑半徑測量誤差為： (210)式中和分別為激光功率計引起刀口位置坐標與的測量誤差。 CCD測激光光斑直徑方法激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是標志激光器性能的重要參數(shù)，也是激光器在應用中的重要參量，用CCD作為探測傳感器，可以更精確地測出激光器的光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了傳統(tǒng)測量的繁雜過程，并用計算機控制及數(shù)據(jù)處理，測量精度得到提高到，為激光器性能研究和光信息處理提供了一種新的方法[14]。CCD是集成化的MOS半導體元件，它是由一組間距很小的MOS電容列陣組成的移位寄存器。CCD攝像元件，增加了光敏列陣。首先，光接收是積分式的，光信號接收和轉(zhuǎn)移同時進行，提高了靈敏度和時間利用率，信號采用并行輸入、串行輸出，減少了引線，提高了信噪比，簡化了結(jié)構，使列陣元件達到了實用化的程度。用示波器可以觀察CCD直接輸出信號（視頻信號）和包絡線即光強曲線（采樣保持信號）。電原理方框圖如圖。 圖23 CCD元件驅(qū)動電路示意圖(1) 場區(qū)效應場區(qū)效應是光照射在CCD非光敏區(qū)的光敏效應。膜層不均勻，多晶硅顆粒較粗引起了干涉光強的強弱。(3) 轉(zhuǎn)移效率轉(zhuǎn)移效率是表征CCD質(zhì)量最重要的參數(shù)之一。以上是我們所做的一些初步工作。圖24為測量實驗原理圖，在測量前首先對CCD 器件每個光敏單元進行光探測缺陷補償和歸一化處理，并輸入計算機內(nèi)減小測量誤差。由方程(214)可知光斑尺寸是激光光強時的r值。(2) 圖像的預處理由于在實驗中衰減系統(tǒng)，CCD攝像頭等方面的影響，我們拍攝的圖像中難免存在各種噪聲，主要有CCD攝像頭的高頻噪聲，衰減系統(tǒng)的非均勻性的影響等，為了改善圖像的質(zhì)量，更能準確的反應出光斑不同區(qū)域的灰度值的大小，我們需要對拍攝的光斑進行預處理，主要對原始圖像采用領域平均法來去除衰減系統(tǒng)和CCD帶來的高頻噪聲，此時，可以濾掉絕大部分噪聲，圖像比較平滑。因此，對于CCD采集的激光光斑圖像首先必須去除噪音。然后使用自適應濾波消除白噪聲。使用高斯平滑后，Origin軟件還會給出光斑直徑（按光強最大值的大小）和擬合誤差等參數(shù)，極大地方便分析高斯型的光強分布情況。因此，F(xiàn)FT平滑是一種較好地獲得真實光強分布的平滑方法。多模運轉(zhuǎn)的Nd: YAG固體激光器和單模運轉(zhuǎn)的HeNe氣體激光器光斑的256級灰度圖像，相對于人眼而言，其中的光斑能量分布信息表現(xiàn)并不顯著。由于原圖并沒有顏色，所以人工賦予的顏色常稱為偽彩色。(5) 偽彩色變換原理偽彩色變換就是把圖像的各個灰度值按一定的線性或非線性函數(shù)關系映射成相應的顏色，不同的灰度級對應不同的色彩[12]?？梢杂卸喾N方式實現(xiàn)從灰度到彩色的變換。其中，密度分割法是一種不連續(xù)的偽彩色處理方法，灰度級彩色變換法則是一種連續(xù)的偽彩色處理技術，這兩者都是空間域的偽彩色處理，而濾波法則是頻率域的偽彩色處理技術。其基本方法是在任何一個像素的灰度級上進行3 個獨立的變換，作為各自的三基色強度，