He-Ne激光模式及参数测量

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1、He-Ne激光模式及参数测量实验人：陈浩08323060组别：B1合作人：叶小天08323076；豆智杰08323028【实验记录摘要】试验时间实验内容、步骤以及现象14:35开始试验，熟悉仪器。进行距离测量：Z=188.2+187.9cm；获得光斑质量良好，呈基本均匀圆形；14:40光斑满足缝宽小于光斑直径的1/10。估测大概可以有50个采样点。进行横向光强分布测量16:40调节仪器，给适当电压，使示波器上出现容易分辨的模式，视野中出现上升沿上有三个尖峰；经判断是两个纵模。调节并测量自由光谱定标以及

2、半波宽数值。17:15突然出现一种怀疑是单模的形式，实际上是跳模消失，而两个纵模难以分辨的缘故；试验中还观察到跳模会反复出现。18:00实验完毕。【实验光路图】图(1)He-Ne激光光斑横向光强分布测量光路图图(2)F-P干涉仪测量光路图【光路分析】一、我们要测量激光光束发散角，依赖于以下等式；2()z(1)z上式要求Z足够大的时候才能近似成立。因此实验要采用图示光路，利用反射镜子来增加光程。实验中通过测量反射镜子到光电接收器的水平距离来确定光程，因此就要求反射镜子M、N必须平行等高、垂直于试验

3、台。我们B1小组总结了一个又简单又能够确保“平行、等高、垂直”的调节方法：(1)调节反射镜子M的高度，倾角，使得在M、N以及光电接收器上的光斑均处在中央；(2)保证倾角、高度不变，大范围内移动水平距离Z，在不同距离观察M，N，光电接收器上的光斑位置，是否出现大幅度移动；倘若大幅度移动，说明没有达到“平行、等高、垂直”；这时调节方向是往光斑反方向运动的方向调节；直到光斑在M、N、光电转换器上的光斑不随着水平距离Z的变化发生大幅度移动。其原理如下：图(3)“平行、等高、垂直”光路调节方法的原理图二、Z的大

4、小要求：实验手册要求Z在3~5m，考虑到Z越大，上式子(1)近似就越严格。因此是否必要将Z尽可能拉大呢？试验中经小组讨论，认为Z值不必要太大；因为采样点的水平位移是0.2mm，单位距离采样数为5个/mm；Z越大，在光电转换器上的光斑R就会越大，这样就要求作横向测量时采样数N=5R增多，增加了实验操作时间。本次试验取得Z值为4m左右。【实验数据】一、He-Ne激光束光斑大小和发射角的测量：表格一：水平位移与光功率数据X/mm1.852.052.252.452.652.853.053.253.453.65

5、10.080.120.190.270.370.490.650.891.211.54P/μw20.090.130.190.270.390.520.890.931.21.6630.110.170.210.290.440.590.771.071.451.83X/mm3.854.054.254.454.654.855.055.255.455.6511.912.42.883.54.214.925.576.457.27.81P/μw22.082.553.073.824.535.436.277.077.858.42

6、32.242.743.373.984.65.326.1677.658.04X/mm5.856.056.256.456.656.857.057.257.457.6518.368.779.059.219.148.928.658.197.56.9P/μw28.89.069.59.629.449.39.028.67.857.0538.378.929.089.088.798.628.147.57.146.36X/mm7.858.058.258.458.658.859.059.259.459.6515.955.0

7、84.233.372.762.141.661.20.90.65P/μw26.115.44.333.732.21.771.391.050.635.624.623.983.12.41.881.461.040.860.55对上表数据分别作图得到拟合高斯曲线：图(4)第一组数据图像以及拟合数据按照拟合规律，得到表达式为：22xxcA2y=y+ew0wπ/2严格满足高斯型表达式。按照高斯光束理论，w即为光斑半径，代表着光强下降到最大值的?;2。因此第一组数据测量所得的光斑半径为：2(?;6.6466)2

8、?=0.068+????×???[−]2.842?1=2.84mm，相关系数：γ=0.998。满足实验精度要求。理想情况下表达式为：2?2?(?,?)=?(?,0)???[−]?(?)2对比可得，实验值相差了?0=0.068，这是十分小的数值，这是由于背景光的非相干叠加引起的。同理得到第二、第三组数据：图(5)第二、三组数据图像以及拟合数据因此可分别得到第一、第二、第三次数据的结果：?=2.84mm，相关系数：γ=0.99834。?=2?1=2×2.84