2025年高斯光束与散射角的测量 - 副本 .pdfVIP

其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》

高斯光束与散射角的测量

摘要：相对一般光源，激光束具有方向性好的特点。也就是说，光能量在空间的

分布高度集中在光的传播方向上。但是它仍有一定的发散度，同时光强分布有着

特殊结构。如有球面镜构成谐振腔产生的激光束，既不是均匀的平面波，也不是

均匀的球面波。在它的横截面上，光强是以高斯函数型分布的，故称作高斯光束。

此种激光束有着广泛的实际应用，同时它也是研究其他分布类型激光束的基础。

本实验是He-Ne激光器2025A基横模输出的高斯为例，分析和研究其光强在光强

的分布情况—传播特性。通过此实验来加深对高斯光束物理图像的理解，学会对

描述高斯光束传播特性的主要参数即光斑尺寸，远场发散角的测量方法，学习和

运用微型计算机控制物理实验。

关键词：发散角，焦斑法，双剪切干涉

引言

在光学中，高斯光束（Gaussianbeam）是横向电场以及辐射照度分布近似满足

高斯函数的电磁波光束。许多激光都近似满足高斯光束的条件，在这种情况里，

激光在光谐振腔（opticalresonator）里以TEM波模传播。当它在镜片发生衍

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射，高斯光束会变换成另一种高斯光束，这时若干参数会发生变化。这解释了高

斯光束是激光光学里一种方便、广泛应用的原因。

描述高斯光束的数学函数是亥姆霍兹方程的一个近轴近似（Paraxial

approximation）解（属于小角近似（Small-angleapproximation）的一种）。

这个解具有高斯函数的形式，表示电磁场的复振幅。电磁波的传播包括电场和磁

场两部分。研究其中任一个场，就可以描述波在传播时的性质。

高斯光束的瞬时辐射照度示意图

先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

场强（蓝色）和辐射照度（黑色）在坐标轴上的分布情况

光波是光震动在空间的传播。根据波动方程，一束沿某一方向（设为Z）传播的

高斯光束，其电矢量E的空间变化表示为

2222



A

(xy)xy

0





E(x,y,z)expexpikz(z)







2

