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利用CCD测量微小角度激光远场发散角.pdf70页
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要 激光束远场发散角是评价激光质量的一个重要参数，不但能反映远距离传输
时的激光发散特性，而且能准确评估出相关的激光仪器的品质及激光的传输质
量。现实中，迫切需要小角度的激光远场发散角，所以能准确测量出微小角度的
激光远场发散角显得非常重要。论文通过对高斯光束的传输和变换的系统分析，
根据He-Ne激光器和半导体激光器出射激光束的特点，设计出了对He-Ne激光束
和半导体激光束的两套准直整形系统。结合 BeamProfiler 图像分析软件系统，
利用CCD标定的方法，通过测量光斑大小来计算激光束的远场发散角。其各章的
主要内容如下： 第一章展望了激光束的准直方法及现状，激光束远场发散角的测量方法，以
及测量激光远场发散角的意义。 第二章介绍了激光束的基本性质，远场区和近场区的划定，高斯光束的光斑
半径和远场发散角的定义，利用复参数q 和 ABCD 定律分析高斯光束的传输和
变换，尤其对失调情况下的望远镜系统做了较详细的分析。 第三章是根据高斯光束的透镜变换特点，利用 CCD 准确测量出凹面镜后焦
面上的光斑大小来计算出入射激光远场发散角的，并且简单对 CCD 和
BeamProfiler图像分析软件系统进行了说明。 第四章首先利用远场光斑测量法，对 He-Ne 激光器出射激光束进行远场测
量。接着，根据高斯光束通过望远镜系统的变换，通过理论的客观估算，利用两
个望远镜实现He-Ne激光束的准直，搭建实验平台，调整实验仪器，得到了较理
想的实验图形和实验数据，即经准直的 He-Ne 激光束水平方向的远场发散角为
75.78μrad，垂直方向为76.53μrad。 第五章首先对GaAlAs SDL－5400 型半导体激光器出射激光束的特点进行了
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第一章 概论
光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载体的通信系统，主要由光发电机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。光线通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机的带有信息的电信号，都可以调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端。再由光接收机把光信号转换为电信号。
光纤的主要作用：利用光的全反射原理传递光学信号，其优点是信号损耗小，抗干扰能力强。
与电缆或微波等电通信方式相比，光通信优点：（1）通信容量大（2）中继距离长（3）保密性能好（4）适应能力强（5）体积小、重量轻，便于施工维护（6）原材料资源丰富，节约有色金属和能源，潜在价格低廉。
光纤通信中常用的三个低功耗窗口的中心波长为：0.85微米
1.55微米 其中后两个的应用更为广泛。
基本光纤传输系统作为独立的“光信道”单元，若配置适当的接口设备，则可以插入现有的数字通信系统或模拟通信系统，有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间。光发射机、光纤线路和光接收机，若配置适当的光器件，可以组成传输能力更强、功能更完善的光纤通信系统。光发射机的功能是把输入的电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器和调制器组成。其中，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的特性，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。实际工程中使用的是容纳多根光纤的光缆。光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心，对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。
光纤通信具有传输频带宽，通信容量大：因为光纤通信采用的载波是光波，光波也是一种电磁波，其波长在微米量级，频率为1014量级，其频率比常用的微波高104~105量级，因此理论上的通信容量也是微波通信的104~105倍，通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽带越宽。
空间光通信的定义：是指在两个或多个终端之间，利用空间传输的激光束作为信息载体，实现通信，又称为自由空间光通信、无线激光通信。
空间光通信的优点：（1）通信容量大（2）体积小（3）功耗低（4）建造经费和维护经费低（5）还具有抗干扰性强和保密性好的优点
光纤通信所有光波的波长范围：0.7~1.7微米
空间光通信技术的关键技术：（1）激光器技术（2）捕获、瞄准、跟踪技术（3）调制、接收技术（4）空间环境适应性技术（5）小型、轻量、低功率一体化设计和制造技术
激光链路的调制与接收方式：激光链路的调制与接收技术集中反映了通信系统的情况。调制方式大致分为调幅、调频、调相，与之对应的接收方式有直接强度探测和相干探测。
调频调制方式在激光通信中，在组成系统的复杂性和灵敏度方面都没有优势，目前很少被采用。直接强度探测，即非相干探测这种方法具有结构简单、成本低、易实现等优点。相干探测这种方法具有接收灵敏高、抗干扰能力等优点，但系统较为复杂，对元器件性能要求较高，特别是对波长的稳定性和谱线宽度要求高。
第二章 通信用光源
光源是光发射机的主要器件，其主要功能是实现信号的电—光转换；光检测器位于光接收机内，主要功能是实现信号的光—电转换。
光线通信系统中普遍采用的两大类光源是激光器与发光管。在高速率、远距离传输系统中采用光谱宽度很窄的分布反馈式激光器和多量子阱激光器。
不同光纤通信系统对于光电探测器的要求：（1）在光纤通信所有波长内，要有足够的灵敏度（2）要有足够的贷款，即对光信号有快速的响应能力（3）在对光信号解调的过程中引入的噪声要小（4）光电探测器要体积小，使用方便，可靠性要高（5）课低功率工作，不需要过高的偏压或偏流
光线通信对光源性能的基本要求：（1）发光波长与广宣的低衰减窗口相符（2）足够的光输出功率（3）可靠性高、寿命长（4）温度稳定性好（5）光谱宽度窄 【由于光纤有色散特性，使较高速率信号的传输距离受到一定限制。若光源谱线窄，则在同样条件下的无中继传输距离长】（6）调制特性好（7）与光纤的耦合效率高（8）尺寸小、重量轻
一般光源类型与应用特点：光纤通信使用的光源均为半导体激光器和发光二极管。半导体光源突出的优点是其工作波长可以对准光纤的低损耗、低色散窗口，此外它们还具有体积小、功率低，易于实现内调制等特点，因而特别适用于光纤通信。半导体光源也存在缺点，包括输出功率小，热稳定性差，远场发散角大。LD的输出功率大，入纤耦合效率高，但稳定性较差；而LED的输出功率小，耦合损耗较大，但稳定性好，寿命几乎不成问题，价格较LD便宜。一般长途干线使用LD作光源，短距离的本地网发送机选用LED。
半导体光源的发光机理：半导件激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数的反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光。
激光振荡和光学谐振腔：粒子数反转分布时产生受激辐射的必要条件，但还不能产生激光。只用把激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出。激光器产生激光必须具备以下条件：（1）必须有激光工作物质，可在需要的光范围内辐射光子（2）工作物质必须处于粒子数反转分布状态，并使小信号增益系数大于谐振腔的平均损耗系数，从而产生光的放大系数（3）必须有光学谐振腔进行频率选择及产生光反馈。阈值条件：设增益介质单位长度的小信号增益系数为G0，损耗系数为αi，两个反射镜M1、M2反射系数分别为r1和r2。若暂不考虑其他损耗，则由于增益介质的放大作用，腔内光功率随距离的变化可表示为
式中，P（0）为z=0处的光功率。光束在腔内经历一个来回后，两次通过增益介质，此时的光功率为 （2-5）要想产生振荡，必须满足P（2L）≥P（0）
（2-6）因此
式中，α称为光学谐振腔的平均损耗系数，它包括增益介质的本身损耗和通过两次反射镜的传输损耗。式（2-7）即为激光器的阈值条件。只有在这种情况下，光信号才能不断得到放大，使输出光功率逐渐增强。高能级粒子不断向低能级跃迁产生受激辐射，使得低能级粒子数和高能级粒子数差减小，受激辐射作用降低，增益系数G0也减小，直至G0=α，激光器维持一个稳定的振荡，并输出稳定的光功率。相位条件：要产生激光振荡，除了要满足上述阈值条件外，还要满足一定的相位条件，即受激辐射光在腔内往返一次后与原有的波叠加；若要在腔中形成谐振，叠加的波必须是相互加强的，即要求它们之间的相位差必须是2π的整数倍，也就是往返一次的路径长度是波长的整数倍，以形成正反馈。这可写成2L=qλ （2-8）式中，q表示纵模的模数；λ为在谐振腔内的光波波长。光学谐振腔的折射率为n，则输出的激光波长是谐振腔内波长的n倍。输出激光波长为
（2-9）式中，λ为输出的激光波长；n为激活物质的折射率；q为纵模模数，q=1，2，3。
发光二极管的工作原理与激光器有所不同，LD采用的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED的结构与LD相似，大多采用双异质结芯片，把有源层加在P型和N型限制层中间，不同是LED不需要光学谐振腔，没有阈值。和激光器相比，发光二极管输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出光功率范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。因此这种器件在小容量短距离系统中发挥了重要作用。发光二极管具有以下特性（1）光输出特性。当注入电流较小时，发光二极管的输出功率曲线基本是线性的（2）光谱特性。发光二极管的发射光谱比半导体激光器宽很多，因光纤的色散与光源谱宽成比例，故LED不能用于长距离传输（3）温度特性。温度对发光二极管的光功率影响比半导体激光器要小（4）发光管的频率调制特性。LED可调速率低。
半导体光源的发光机理：电子在低能级E1的基态和高能级Ei的激发态之间的位置变化叫做跃迁。电子在原子核外的跃迁有三种基本方式：自发辐射、受激辐射和受激吸收。为了简便起见，只考虑粒子的两个能级E1和E2（1）正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后，在低能级E1留下相同数目的空穴(2)处于高能级E2上的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自发地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。自发辐射的特点是：各个处于高能级的粒子都是自发地、独立地进行跃迁，其辐射光子的频率不相同，所以自发辐射的频率范围是很宽的。即使有些粒子在相同的能级间跃迁，频率相同，但它们发射的方向和相位也是不同的。例如，普通的光、灯光等就是这种光，它们由不同频率、不同方向、不同相位和不同偏振方向的光子组成，叫做非相干光。(3)处于高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，产生两个光子，这两个光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向、运动方向都相同，称它们为全同光子，这种跃迁称为受激辐射。因受激辐射而产生的光子与激发光子相叠加，可以使入射的光得到放大。固体、液体、气体以及半导体激光器都是利用受激辐射过程来产生激光。受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E1和E2两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足玻尔条件，即
E2-E1=hf12
式中，h为普朗克常数，h=6.626×10-34J·s；f12为吸收或辐射的光子频率。
半导体激光的波长：半导体发光器件所采用的半导体材料，根据不同的组合，其发光波长从可见光到红外光区域。发光波长基本上由半导体禁带宽度（即导带与价带的能级差）Eg＝hf决定。由
，其中c为光速（c＝2.8m/s）。光子能量E和波长λ之间的变换关系为
E（eV）＝1.2398/λ（μm）
激光器的种类：分布反馈式激光器DFB
DFB激光器采用双异质掩埋条形结构。不同之处是它用布拉格光栅取代传统的F-P光腔作为光谐振器。F-P腔激光器，其光的反馈是由腔体两端面的反射提供的，其位置是确定的，就在端面上。光的反馈也可以是分布方式，即由一系列靠得很近的反射端面的反射提供。
量子阱激光器MQW
多量子阱结构带来了阈值电流小、输出光功率大及热稳定性好的优点。半导体激光器输出光谱线宽度和模式特性与其光增益谱分布和选模机构有关。对法布里—珀罗腔激光器，光谱线一般为多模。量子阱分布反馈激光器，由于量子尺寸效应和分布反馈光栅的选模作用，可实现高速率调制下的动态单纵模输出。分布反馈用的光栅是一种皱折波纹状结构，这种波纹状结构使光波导区的折射率呈周期性分布，其作用就像一个谐振腔。根据光的耦合波理论，折射率呈周期性分布的光栅对其中的光有选模（波长）作用。只有有源区的光波长和光栅相对应时，才能稳定地存在下去，而其他波长的光则衰减掉了。这样，量子阱分布反馈激光器射出的光的谱线就很窄，在高速率调制下就可实现动态单纵模输出。
光纤锁模激光器：产生激光超短脉冲的技术常称为锁模技术。这是因为一台自由运转的激光器中往往会有很多个不同模式或频率的激光脉冲同时存在，而只有在这些激光模式相互间的相位锁定时，才能产生激光超短脉冲或称锁模脉冲。实现锁模的方法有很多种，但一般可以分成两大类：主动锁模和被动锁模。主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径来周期性地改变激光器的增益或损耗，从而达到锁模目的；而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生激光超短脉冲。
垂直腔面发射激光器：VSCEL极大地提高了传输带宽，成为多模光纤局域网数据传输系统的新型光源。（1）发光效率高。2）工作阈值极低，从几mA到十几mA。3）动态单一波长工作。4）不仅可以单纵模方式工作，也可以多纵模方式工作，从而减少了多模光纤应用时的相干和模式噪声。5）温度稳定性好。6）工作速率高。7）工作寿命长8）对所有不同芯径的光纤（从单模光纤到1nm左右的大口径光纤）都有好的模式匹配。9）价格低，产量高。
第三章：光通信信道
光纤主要由硅酸盐玻璃、二氧化硅或塑料制成。前者主要适合用于长距离传输，后两者用于短距离传输，其中塑料光纤由于损耗较大，传输距离很短，主要用于更小距离传输和一些恶劣环境中，在恶劣环境中因其机械程度较好，所以较前两者更具有优越性。光纤是一种纤芯折射率比包层折射率高的同轴圆柱形电介质波导，它由纤芯，包层，涂敷层三大部分组成。纤芯位于光纤的中心部位，其成分是高纯度的二氧化硅，含量达99.999%。此外，还掺有极少量的掺杂剂如二氧化锗、五氧化二磷等，掺有少量掺杂剂的目的是适当提高纤芯的光折射率（ n1 ）。包层位于纤芯的周围，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。而掺杂剂（的作用则是适当降低包层的光折射率（ n2 ），使之略低于纤芯的折射率。把光强限制在纤芯中。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。为了增强光纤的柔韧性、机械强度、可弯曲性和耐老化特性，还在包层外增加一层涂敷层，其主要成分是丙烯酸酯和硅橡胶等高分子材料，一般涂敷后的光纤外径约1.5cm。
光纤的分类：阶跃光纤（单模）是指在纤芯与包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别为n1与n2 ，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的。渐变光纤（多模）渐变光纤是指光纤轴心处的折射率n1最大，而随沿剖面径向的增加而逐渐变小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的，即为n2 多模光纤：当光纤的几何尺寸（主要是纤芯直径d1 ）远远大于光波波长（约1μm）时，光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。计算多模光纤中传播模式数量的经典公式为N=V2/4 ，其中V为归一化频率。如当V=38时，多模光纤中会存在300多种传播模式。模式色散会使多模光纤的带宽变窄，降低其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布，即渐变折射率分布。其纤芯直径d1大约为50μm。单模光纤：根据电磁场理论与求解麦克斯韦方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与光波长相比拟时，如芯径d1在5～10μm范围，光纤只允许一种模式（基模HE11 ）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信。其实，准确地讲要实现单模传输，必须使光纤的各参量满足一定的条件，即其归一化频率V≤2.4048。因为
（3-3）所以可以解得光纤的纤芯半径应满足下式才能实现单模传输 （3-4） 式中，a1为纤芯半径；λ为光波波长；NA为光纤的数值孔径。
光纤的数值孔径：从空气中入射到光纤纤芯端面上的光线被光纤捕获成为束缚光线的最大入射角θmax为临界光锥的半角，称为光纤的数值孔径，记为NA 它与纤芯和包层的折射率分布有关，而与光纤的直径无关。对于阶跃光纤，NA为（3-10）
式中，Δ=（n1-n2）/n1是光纤纤芯和包层的相对折射率差。根据光纤端面上斯涅尔反射定律和光纤纤芯与包层分界面处的全反射定律，很容易推导出来。A表示光纤接收和传输光的能力，NA（或θc）越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。对于无损耗光纤，在θc内的入射光都能在光纤中传输。NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。但NA越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大，限制了信息传输容量。光波动理论的传输方程为了描述光纤中传输的模式数目，在此引入一个非常重要的结构参数，即光纤的归一化频率，一般用V表示，其表达式如下（3-15） 式中，a为纤芯半径，传输模式数目随V值的增加而增多。当V值减小时，不断发生模式截止，模式数目逐渐减少。特别值得注意的是，当V&2.405时，只有HE11（LP01）一个模式存在，其余模式全部截止。 HE11称为基模，由两个偏振态简并而成。由此得到单模传输条件为（3-16）
对于给定的光纤（n1、n2和a确定），存在一个临界波长λc，当λ&λc时，是多模传输，当λ&λc时，是单模传输，这个临界波长λc称为截止波长。
光纤传输的基本特性： 光纤损耗1 吸收损耗（1）本征吸收损耗（2）杂质吸收损耗（3）原子缺陷吸收损耗。 2 散射损耗（1）线性散射损耗 由于这类损耗所以起的损耗功率与传播模式的功率呈线性关系，包括1）瑞利损耗2）波导散射损耗（2）非线性散射损耗
3 弯曲损耗
光纤损耗系数：为了衡量一根光纤损耗特性的好坏，在此引入损耗系数（或称为衰减系数）的概念，即传输单位长度（1km）光纤所引起的光功率减小的分贝数，一般用α表示损耗系数，单位是dB/km。在最一般的条件下，在光纤内传输的光功率P随距离z的变化，可以用下式表示（3-17）设长度为L（km）的光纤，输入光功率为Pi，则输出光功率应为P0=Piexp（-αL），得到损耗系数α为（3-18）式中，L为光纤长度，以km为单位；Pi和P0分别为光纤的输入和输出光功率，以mW或μW为单位。
光纤色散：色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。光纤色散是光纤通信的另一个重要特性，光纤的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间
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利用CCD测量微小角度的激光远场发散角
【摘要】：激光束远场发散角是评价激光质量的一个重要参数,不但能反映远距离传输时的激光发散特性,而且能准确评估出相关的激光仪器的品质及激光的传输质量。现实中,迫切需要小角度的激光远场发散角,所以能准确测量出微小角度的激光远场发散角显得非常重要。论文通过对高斯光束的传输和变换的系统分析,根据He-Ne 激光器和半导体激光器出射激光束的特点,设计出了对He-Ne 激光束和半导体激光束的两套准直整形系统。结合BeamProfiler 图像分析软件系统,利用CCD 标定的方法,通过测量光斑大小来计算激光束的远场发散角。其各章的主要内容如下:
第一章展望了激光束的准直方法及现状,激光束远场发散角的测量方法,以及测量激光远场发散角的意义。
第二章介绍了激光束的基本性质,远场区和近场区的划定,高斯光束的光斑半径和远场发散角的定义,利用复参数q和ABCD 定律分析高斯光束的传输和变换,尤其对失调情况下的望远镜系统做了较详细的分析。
第三章是根据高斯光束的透镜变换特点,利用CCD 准确测量出凹面镜后焦面上的光斑大小来计算出入射激光远场发散角的,并且简单对CCD 和BeamProfiler 图像分析软件系统进行了说明。
第四章首先利用远场光斑测量法,对He-Ne 激光器出射激光束进行远场测量。接着,根据高斯光束通过望远镜系统的变换,通过理论的客观估算,利用两个望远镜实现He-Ne 激光束的准直,搭建实验平台,调整实验仪器,得到了较理想的实验图形和实验数据,即经准直的He-Ne 激光束水平方向的远场发散角为75.78μrad,垂直方向为76.53μrad。
第五章首先对GaAlAsSDL-5400 型半导体激光器出射激光束的特点进行了分析,在相互垂直的方向上的光束发散角不相等,而且存在像散的问题,要得到共腰的圆形光斑,必须对半导体激光束进行消像散准直整形。根据复参数q 和ABCD 定律,理论上推导出使用两相互垂直的柱面透镜和棱镜对,能实现半导体激光束的消像散准直整形。然后,设计出了准直整形器件,由于处于调试阶段,使得最终准直整形效果不是较理想的圆形化光斑,在水平方向上的发散角为0.53mrad,垂直方向为0.64mrad。因此,准直器件还有待于进一步优化。
第六章是本文对实验中所存在的误差进行了分析,以及误差对测量精度的影响。可见,测量系统中使用长焦距的凹面镜能达到较好的测量精度。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2005【分类号】：TN241【目录】：
第一章 引言11-15
1.1 激光束的准直及现状11
1.2 测量激光束发散角的概述11-13
1.2.1 测量激光束远场发散角的意义11-12
1.2.2 测量方法及现状12-13
1.3 本课题的主要研究工作13-15
第二章 高斯光束的传输与变换15-27
2.1 高斯光束的基本性质15-18
2.1.1 高斯光束是亥姆霍兹方程在 SVA 下的一个特解15
2.1.2 高斯光束的近场区和远场区15-16
2.1.3 高斯光束的光斑半径16-17
2.1.4 高斯光束的远场发散角17-18
2.1.5 高斯光束的衍射损耗18
2.2 高斯光束的光学变换18-23
2.2.1 高斯光束的复参数18-19
2.2.2 高斯光束通过光学系统的一般变换关系式19-20
2.2.3 高斯光束的透镜变换20-23
2.2.3.1 高斯光束经过透镜的束腰变换关系式20
2.2.3.2 高斯光束的透镜变换特点20-23
2.3 高斯光束通过望远镜系统的变换23-27
第三章 利用 CCD 测量激光远场发散角的原理27-37
3.1 CCD 图像传感器27-30
3.1.1 CCD 特点及分类27
3.1.2 面阵 CCD 图像采集系统27-30
3.1.2.1 CCD 的基本工作原理27-28
3.1.2.2 CCD 的基本性能参数28-30
3.1.2.3 面阵 CCD 图像采集系统工作原理30
3.2 利用标定的方法测量激光束远场发散角原理30-32
3.2.1 CCD 标定30-32
3.2.2 远场发散角的测量32
3.3 BeamProfiler 图像软件系统32-37
3.3.1 BeamProfiler 软件对硬件的要求32-33
3.3.2 BeamProfiler Lite 图像捕获卡33
3.3.2.1 BeamProfiler Lite 图像捕获卡的规范说明33
3.3.2.2 信号输入接口33
3.3.2.3 型号2340 的驱动装置33
3.3.3 BeamProfiler 图像软件系统的使用33-37
3.3.3.1 校准系统34
3.3.3.2 选择分析模式34
3.3.3.3 光学参数的计算与显示34-35
3.3.3.4 BeamProfiler软件系统的图像窗口35-37
第四章 测量He-Ne激光束的远场发散角37-46
4.1 He-Ne激光器远场发散角的测量37-40
4.1.1 He-Ne激光器远场发散角的测量装置37
4.1.2 测量原理37
4.1.3 实验图像和实验数据37-40
4.1.4 实验数据的处理40
4.2 经准直He-Ne激光束远场发散角的测量40-46
4.2.1 理论计算41-44
4.2.1.1 He-Ne 激光束经第一望远镜系统的参数计算41-42
4.2.1.2 He-Ne 激光束经第二望远镜系统的参数计算42-44
4.2.2 实验图形和实验数据44-45
4.2.3 经准直 He-Ne 激光束的远场发散角45-46
第五章 LD 激光束的准直及远场发散角的测量46-63
5.1 LD 半导体激光器46-49
5.1.1 LD 半导体激光器光束发散角46-48
5.1.2 LD 半导体激光器的像散48-49
5.2 LD 半导体激光器出射激光束的准直和整形49-60
5.2.1 准直整形系统方案设计49-50
5.2.2 LD 半导体激光器出射激光束的准直50-58
5.2.2.1 半导体激光束经圆形光孔的耦合效率50-51
5.2.2.2 半导体激光器的准直系统51-58
5.2.2.2.1 L1柱面透镜参数的设定52-55
5.2.2.2.2 L2柱面透镜参数的设定55-58
5.2.3 LD 半导体激光束的整形58-60
5.2.3.1 棱镜整形原理58-59
5.2.3.2 棱镜对整形系统59-60
5.3 LD 半导体激光器出射激光束远场发散角的测量60-63
5.3.1 LD 出射激光束远场发散角的测量装置60-61
5.3.2 实验图形和实验数据61-62
5.3.3 经准直整形的半导体激光束的远场发散角62-63
第六章 误差分析和数据处理63-70
6.1 误差的概念63-64
6.1.1 误差的两种表示方法63
6.1.2 误差的分类63-64
6.1.3 精度64
6.2 误差来源64-67
6.2.1 照明视场噪声64-65
6.2.2 CCD 阵列面偏离理想成像平面造成的误差65
6.2.3 光学光路中透镜像差引起的误差65-66
6.2.4 面阵 CCD 传感器引入的误差66-67
6.3 测量精度67-70
6.3.1 He-Ne 激光器远场发散角的测量精度67-68
6.3.2 经准直 He-Ne 激光束的测量精度68-69
6.3.3 准直整形后的 LD 激光束远场发散角的测量精度69-70
第七章 结束语70-71
参考文献71-74
个人简历77
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