4.2 高斯光束的光束变换实验

一、实验目的

（1）掌握高斯光束经过透镜后的光斑变化情况。

（2）理解高斯光束的传输过程。

二、实验原理

由实验4.1的实验原理可知，高斯光束可以用复参数q表示，定义 ，可得到q=z+iZ ₀ ，因而式（4-1-1）可写为：

此时， 。

高斯光束通过变换矩阵为M = 的光学系统后，其复参数会改变，由 变换为 ：

因而，在已知光学系统变换矩阵参数的情况下，采用高斯光束的复参数表示方法可以简洁快速地求得变换后的高斯光束的特性参数 ^[5] 。

三、实验装置

He-Ne激光器，光学导轨，光电二极管，CCD，CCD光阑，偏振片，高斯光束变换透镜组件，图像采集卡，BeamView激光光束参数测量软件。

四、实验内容与步骤

第一步 开启He-Ne激光器，调整高低和俯仰，使其输出光束与导轨平行，可通过前后移动一个带小孔的支杆实现。

第二步 启动计算机，运行BeamView激光光束参数测量软件。

第三步 He-Ne激光器输出的光束测定及模式分析。使激光束垂直入射到CCD靶面上，在软件上看到形成的光斑团，在CCD前的CCD光阑中加入适当的衰减片。可利用激光光束参数测量软件分析激光束的模式，判定其输出的光束为基模高斯光束还是高阶横模式。

第四步 He-Ne激光器输出的光束束腰位置确定。前后移动CCD探测器，利用激光光束参数测量软件观测不同位置的光斑大小，光斑最小位置处即激光束的束腰位置。

第五步 在束腰位置后面L ₁ 处放置一透镜，观察经过透镜后激光光束的变化情况，并测量放置透镜后的束腰位置即光斑大小。

第六步 利用M = 变换矩阵验证。

五、数据记录与处理

自行设计数据记录表格。

六、注意事项

（1）实验过程中要注意眼睛的防护，绝对禁止用眼睛直视激光束。

（2）射入CCD的激光不能太强，以免烧坏芯片。

七、问题思考

分析实验的误差来源。 hYkgb7+W6p/gW7xa+UcfZfufJ+9AMHhCToUMSebrfMqiZBATCw0xOF4yVqbGNfwa