激光原理实验指导zhangli

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1、激光原理实验指导书张莉编写电子信息工程学院光信息科学与技术教研室2009年5月27目录实验一He-Ne激光器的装调与参数测试实验二He-Ne激光器模式分析实验三激光偏振特性测量实验四激光器光束强度分布与发散角测量实验五高斯光束参数测量实验六高斯光束的聚焦与准直27实验一He-Ne激光器的装调与参数测试一、实验目的1．熟悉谐振腔的构成。2．掌握He-Ne激光器的调整的方法，体会谐振腔调整后一些激光参数的变化。二、实验原理氦氖激光器（简称He-Ne激光器）是最常用的连续工作气体激光器，由光学谐振腔（输出镜与全反镜）、工作物质（密封在玻璃管里的氦气、

2、氖气）、激励系统（激光电源）构成。，以结构形式不同可分为内腔式、半内腔式和外腔式激光器，如图1-1所示图1-1内腔式He-Ne激光器的腔镜封装在激光管两端，而外腔式He-Ne激光器的激光管、输出镜及全反镜是安装在调节支架上的。调节支架能调节输出镜与全反镜之间平行度，使激光器工作时处于输出镜与全反镜相互平行且与放电管垂直的状态。在激光管的阴极、阳极上串接着镇流电阻,防止激光管在放电时出现闪烁现象。氦氖激光器激励系统采用开关电路的直流电源，体积小，份量轻，可靠性高，可长时间运行。对He-Ne激光器而言增益介质就是在毛细管内按一定的气压充以适当比例的

3、氦、氖气体，当氦、氖混合气体被电流激励时，在氖原子的一对能级间造成粒子数反转，输出受激辐射，使介质具有增益。介质增益与毛细管长度、内径粗细、两种气体的比例、总气压以及放电电流等因素有关。对谐振腔而言，腔长要满足频率的驻波条件，谐振腔镜的曲率半径要满足腔的稳定条件。由于谐振腔的作用，使受激辐射光在谐振腔内来回发射，多次通过激活介质而不断加强。如果单程增益大于单程损耗，即满足产生激光的阈值条件时，则有稳定的激光输出。三、实验设备　　He-Ne激光器、激光电源、激光功率计。27四、实验内容1、半内腔He-Ne激光器的谐振腔设计（确定He-Ne激光腔的

4、稳定工作区域）2、根据自己的设计，调出激光来，测量功率，记录腔长五、实验方法提示图1-2用光靶调节见图1-2。将氦氖激光管开启，辉光点燃，把光靶小灯泡点亮。此时，光靶的十字叉丝被照亮。在十字叉丝中间有一小孔，眼睛通过小孔，看到激光管的毛细管另一端，被谐振腔A反射到眼睛中的一个“小白点”（即眼睛、小孔、毛细管在一条直线上）。除此以外，眼睛同时还看到被谐振腔B反射回的光靶的十字叉丝像。此时的十字叉丝像可能在图3的某一位置，调节谐振腔B架后的两个螺丝，使十字叉丝完全落在小孔的正中间，见图4。图三图四这说明谐振腔（反射镜）与激光管管内的毛细管完全垂直，

5、此时，应马上有激光射出。若谐振腔与毛细管光轴调节的范围大于就不出激光，还需继续调节谐振腔的两个螺丝，直到谐振腔与毛细管光轴调节范围小于，激光才能出来，否则不出光。思考题：1、He-Ne激光管中的布儒斯特窗有什么作用？27实验二He-Ne激光器模式分析相对一般光源，激光具有单色性好的特点，也就是说，它具有非常窄的谱线宽度。这样窄的谱线，不是受激辐射后自然形成的，而是受激辐射经过谐振腔等多种机制的作用和相互干涉后形成的。所形成的一个或多个离散的、稳定的又很精细的谱线就是激光器的模。每个模对应一种稳定的电磁场分布，即具有一定的光频率。相邻两个模的光频

6、率相差很小，我们用分辨率比较高的分光仪器可以观测到每个模。当从与光输出的方向平行（纵向）和垂直（横向）两个不同的角度去观测和分析每个模时，发现又分别具有许多不同的特征，把纵向观察的模称为纵模，它是指可能存在于腔内的每一种驻波场，用模序数q描述沿腔轴线的激光场的节点数。把横向观察到的模称为横模，它是指可能存在于腔内的每一种横向场的分布，用模序数m和n表示。在激光器的生产与应用中，我们常常需要先知道激光器的模式状况，如精密测量、全息技术等工作需要基横模输出的激光器，而激光稳频和激光测距等不仅要求基横模，而且要求单纵模运行的激光器。因此，模式分析是激

7、光器的一项基本而又重要的性能测试。一、实验目的1．了解激光器的模式结构，加深对模式概念的理解。2．通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。3．对本实验使用的分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理、性能，学会正确使用。二、实验原理1．激光器模的形成图2-1粒子数反转分布我们知道，激光器的三个基本组成部分是增益介质、谐振腔和激励能源。如果用某种激励方式，在介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，由于自发辐射和受激辐射的作用，将有一定频率的光波产生，在腔内传播，并被增益介质逐渐增强、放大，如图2-1所示。实际上，由于能级总有一定的宽度以及其它因素的影

8、响，增益介质的增益有一个频率分布，如图2-2所示，图中27为光的增益系数。只有频率落在这个范围内的光在介质中传播时，光强才能获得不同程度的放大。但只有