【正文】 (2 ) 由于通常情況下 ， 光斑尺寸遠小于刀口沿 Y 軸方向?qū)挾?， 可認為沿 Y軸刀口寬度為無窮大 ， 則在圖 22 中 ， 刀口位于 x? 位置時 ， 通過刀口邊緣的激光功率為 ： yxx ddyxIP ?????? ????? ? ??? ?? 2220)( 22e xp ? (23) 其占總功率的百分比可表示為 ： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 yxyxxxddyxddyxPPP?????????????? ????????? ????????????????? ????????? ?????????????????222222220)()( 22e x p22e x p%???? (24) 當?shù)犊趶?x? 移動到 x 位置時 ， 透過刀口邊緣的光功率百分比為)%(1 xP? ， 其表達式為 ： yxyxxddyxddyxP?????????????? ????????? ????????????????? ????????? ?????????????????22222222)( 22e x p22e x p%1???? (25) 取 ?x 與 ?y 為積分變量 ， 設(shè)定 )%(xP 為 50%～ 100%區(qū)間某一數(shù)值 ，根據(jù)式 (24)或式 (25)可計算出與 )%(xP 相對應(yīng)的 x? ， 定義 A = x? 。目前的相關(guān)文獻報道都是針對該方法。 本節(jié)主要對用刀口法測 激光光斑尺寸的方法進行理論分析及探究。對于套孔法 ， 在實驗上很難做到孔與光束同 心 ， 因而精度難以保證。 第 3 章設(shè)計實驗，給出刀口掃描法和 CCD 法的實驗步驟和數(shù)據(jù)處理。該方法操作簡單，精度高。將探測器輸出信號顯示在指示器上，得到光功率隨位移變化的分布曲線，從而找到激光光斑半徑。適當?shù)目刂普丈鋾r間，測出燒蝕后的孔徑大小來確定激光光斑。高斯光束光斑半徑的測量方法主要有套孔法、刀口法、 CCD 法、 照相法 、狹縫法、 閾值時間法 等。 20 多年來，人們制造了輸出各種不同波長的激光器，甚至是可調(diào)激光器。 7 月份，邁曼用紅寶石制成的激光器被公布于眾。不久，肖洛又具體地描述了激光器的結(jié)構(gòu)： “ 固體微波激射器的結(jié)構(gòu)較為簡單，實質(zhì)上，它有一棒（紅寶石），它的一端可作全反射，另一端幾乎全反射，側(cè)面作光抽運。幾乎同時，許多實驗室開始研究激光器的可能材料和方法，用固體作為工作物質(zhì)的激光器的研究 工作始于 1958 年。諧振腔的結(jié)構(gòu)，就是從法 —— 珀干涉儀那里得到啟示的。但為什么沒能造出來呢 ?因為沒有人，包括愛因斯坦本 人沒把受激輻射，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，諧振腔聯(lián)系在一起加以考慮。這又將激光研究推上了一個新階段。當時，湯斯希望微波激射器能產(chǎn)生波長為半毫米的微波，遺撼的是，激射器卻輸出波長為 的微波。當時，哥侖比亞大學(xué)有一個由湯斯領(lǐng)導(dǎo)的輻射實驗小組，他們一直從事電磁方面以及毫米輻射波的研究。二次世界大戰(zhàn)中，由于射頻和光譜學(xué)的發(fā)展，輻射波和原子只間的聯(lián)系又重新被強調(diào)。 說得準確些，對激光的研究，只是到了 20 世紀 50 年代末才出現(xiàn)一個嶄新階段 [1]。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 激光以全新的姿態(tài)問世已二十余年。 加速我國國防技術(shù)的現(xiàn)代化 ， 激光技術(shù)在軍事上已應(yīng)用于測距、指向、制導(dǎo)、通訊及戰(zhàn)術(shù)武器等，為改善武器裝備的性能，提高命中率和可靠性，起到重要的作用，并有一定數(shù)量的產(chǎn)品出口。在國民經(jīng)濟中形成新的產(chǎn)業(yè)部門 。 knifeedge method. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘要 .......................................................................................................................I Abstract ............................................................................................................... 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 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 課題背景 激光技術(shù)對國民經(jīng)濟及社會發(fā)展 有著 重要作用 ， 激光技術(shù)是二十世紀與原子能、半導(dǎo)體及計算機齊名的四項重大發(fā)明之一。 CCD 法檢測的直觀性好，不需要輔助的逐行掃描機械移 動， 成 像 精度和檢測精度 高 。實驗裝置簡單實用。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 激光光斑尺寸的測量和研究 摘要 激光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(yīng)用中的重要參量。此方法 對 激光光斑大小測量是可行的。 結(jié)果表明 ， 刀口掃描法對高能量光束半徑的測量特別實用，裝置簡單，可在普通實驗室進行測量。 CCD sensor。例如：激光信息存儲與處理、激光材料加工、激光醫(yī)學(xué)及生物學(xué)、激光通訊、激光印刷、激光光譜學(xué)、激光化學(xué)、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(shù)等，極大地促進了這些領(lǐng)域的技術(shù)進步和前所未有的發(fā)展。 促進醫(yī)療技術(shù)進步，提高人民健康水平 ， 激光醫(yī)療技術(shù)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，激光醫(yī)療設(shè)備已進入縣以上的醫(yī)院，這對醫(yī)療技術(shù)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(xué)家便對厘米波的性質(zhì)進行研究。大戰(zhàn)以后，科學(xué)家又開創(chuàng)了微波波譜學(xué)，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(chǔ)。 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(shè)計方案和理論計算。按當時的實驗技術(shù)基礎(chǔ)，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(xué)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(guān)激光的設(shè)想。 ” 的確，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(xué)，召開了一個有關(guān)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(yù)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(shè)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)過哈爾濱理工大學(xué)