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氦氖激光束的光斑大小和发散角是衡量激光质量的重要参数。
光斑大小是指激光束在特定距离上聚焦成一个圆形亮点的直径。它由激光器的光学系统、波长和输出功率决定。通常，波长越长，光斑尺寸越大；输出功率越大，光斑尺寸越小。典型的氦氖激光束在距离激光器1米处的光斑尺寸约为0.5-2毫米。
发散角是指激光束沿光学轴扩散的范围。它由激光谐振腔的长度和镜子的曲率半径决定。发散角越小，激光束的指向性越好，能量集中度越高。典型的氦氖激光束的发散角约为1-2毫弧度。
光斑大小和发散角对激光器的应用至关重要。例如，在激光切割、焊接和钻孔中，较小的光斑尺寸可以实现更精细的加工。在激光光学和通信中，较小的发散角可以提高束的能量集中度和传输距离。
为了控制激光束的光斑大小和发散角，可以使用光学元件，如透镜、光阑和棱镜。通过调节这些元件的配置和参数，可以优化光束质量以满足特定的应用需求。
氦氖激光束光斑大小和发散角的测量实验仪器放置
仪器放置：
1. 激光器：放置在光学平台上，发射激光束。
2. 准直器：放置在激光器和其它仪器之间，用于校正激光束发散角。
3. 光束整形器：放置在准直器后面，用于整形激光束波前以获得所需的光斑大小。
4. 光斑分析仪：放置在光束整形器后面，用于测量光斑大小和发散角。
5. 光学平台：为仪器提供稳定和无振动的放置表面。
6. 防护罩：放置在激光束路径上或周围，以防止激光辐射对周围造成伤害。
装置要求：
仪器放置应避免接触振动源。
光路应避免弯曲或扭曲，以防止激光束偏离中心。
光斑分析仪应放置在光路中激光束强度稳定且均匀的区域。
光束整形器需要根据激光束的特性和所需的光斑形状进行调整。
防护罩应能够有效阻挡激光辐射，同时不会影响光束测量。
氦氖激光束光斑大小和发散角的测量实验数据
测量设备：
氦氖激光器
光功率计
光束分析仪
测量方法：
将激光器对准光束分析仪，使其光束穿过光圈。
使用光功率计测量光斑中心的功率。
调整光束分析仪的扫描范围，获得光斑轮廓。
测量结果：
光斑大小：
光斑直径 (1/e^2)：0.52 mm
光斑面积：0.212 mm^2
发散角：
水平发散角：0.12 mrad
垂直发散角：0.10 mrad
不确定度：
光斑直径：±0.01 mm
光斑面积：±0.005 mm^2
水平发散角：±0.005 mrad
垂直发散角：±0.005 mrad
讨论：
测得的光斑大小与理论值一致，表明激光器工作良好。
发散角值较低，表明激光束具有良好的准直性。
该数据可用于评估激光器的光束质量和设计光学系统。
氦氖激光束光斑大小和发散角的测量实验报告
实验目的
测量氦氖激光束在一定距离上的光斑直径。
确定氦氖激光束的发散角。
实验器材
氦氖激光器
光屏
游标卡尺
直尺
实验步骤
光斑直径测量
1. 将激光器对准光屏，使其光束垂直于光屏表面。
2. 调整光屏与激光器之间的距离，直至激光束在光屏上形成清晰的光斑。
3. 使用游标卡尺测量光斑的直径。
发散角测量
1. 在激光器前固定两根直尺，相距一定距离。
2. 将光屏放置在直尺的另一端，与直尺垂直。
3. 调整激光束的位置，使光束照射到光屏上。
4. 测量光屏上的光斑直径和直尺之间的距离。
5. 根据公式 θ = arctan(d/2L) 计算发散角，其中：
θ 为发散角
d 为光斑直径
L 为直尺之间的距离
实验结果
| 距离 (cm) | 光斑直径 (mm) | 发散角 (mrad) |
|---|---|---|
| 50 | 1.05 | 1.03 |
| 100 | 2.08 | 1.04 |
| 150 | 3.09 | 1.06 |
测量结果表明，氦氖激光束的光斑直径随着与激光器距离的增加而线性增加，发散角在测量范围内保持相对稳定。实验结果与理论预期相符，验证了氦氖激光束具有发散小的特性。