激光原理实验

激光技术及应用实验

Lasers Experiments

一、实验课简介

本课程是面向应用物理学专业学生开设的一门学科基础课程，在第五学期开设。本实验是在本科生接受了大学物理等系统实验方法和实验技能训练的基础上开设的，主要与理论课程《激光技术与应用》同步，训练学生的自主设计能力。该课程具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。

二、实验课目标

进一步加强学生的基本科学实验技能的培养，提高学生的科学实验基本素质，并与理论课程的教学融汇贯通，加深对理论课程学习的理解。通过本课程的学习，要使学生熟悉激光器的基本工作原理、激光振荡及放大的条件、高斯光束的变换，熟练使用几种常用激光器，如氦氖激光器、半导体激光器、脉冲激光器和可调谐燃料激光器。使学生通过实际动手操作，掌握激光器的一般构造，加深对激光特性的理解，了解激光在精密测量中的使用。

培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。提高学生的科学素养，培养学生积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作的优良品德。

三、实验课内容

实验项目一：气体激光器（3学时）

1. 实验属性：综合性实验。

2. 开设要求：必开。

3. 教学目标：

（1）掌握气体激光器的主要结构和原理；

（2）掌握气体激光器的调节方法；

（2）了解激光输出的特性及其测量；

（3）了解高斯光束的传播规律，掌握光束基本特性的测量。

4. 主要实验仪器设备：游标卡尺、开放式He-Ne激光器等。

5. 实验内容（至少做两个子项目）：

（1）调节He-Ne激光器的谐振腔镜，获得激光稳定输出；

（2）测量激光光束的发散角和束腰半径（选作）；

（3）测量激光激励电压与激光输出功率之间的相互关系（选作）；

（4）进行简单的高斯光束变换（选作）。

实验项目二：固体连续激光器（3学时）

1. 实验属性：综合性实验。

2. 开设要求：必开。

3. 教学目标：

（1）掌握固体激光器的主要结构和原理；

（2）了解固体激光器的结构、阈值、选模；

（3）学习谐振腔长度对激光选模的影响。

4. 主要实验仪器设备：Nd:YAG激光器、光功率计、CCD相机等。

5. 实验内容：

（1）调节Nd：Y AG激光器的谐振腔长度，获得稳定的激光模式；

（2）利用CCD相机拍摄不同激光模式的光斑；

（3）测量谐振腔长度与激光输出功率之间的相互关系。

实验项目三：脉冲激光器（3学时）

1. 实验属性：综合性实验。

2. 开设要求：必开。

3. 教学目标：

（1）熟悉脉冲激光器与广电调Q的工作原理；

（2）测量静态输出特性，了解谐振腔对激光器输出特性的影响，并掌握调试方法；

（3）测试光电Q开关的消光特性，以及对激光器输出特性的影响

4. 主要实验仪器设备：脉冲Nd:Y AG激光器、光电调Q开关、光脉冲能量计、倍频晶体、滤波片、数字示波器等。

5. 实验内容：

（1）调试静态脉冲激光器；

（2）提高激光器的输出频率；

（3）压缩输出激光脉冲宽度，提高脉冲峰值功率；

（4）测量脉冲宽度与激光功率之间的对应关系。

实验项目四：半导体激光器（3学时）

1. 实验属性：综合性实验。

2. 开设要求：必开。

3. 教学目标：

（1）通过实验熟悉半导体激光器的光学特性；

（2）掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节；

（3）根据半导体激光器的光学特性考察其在光电技术方面的应用。

4. 主要实验仪器设备：半导体激光器、可调电源、偏振片、光学升降台、功率计、准直透镜、光谱分析仪。

5. 实验内容：

（1）调节准直透镜使半导体激光器输出光路近似准直；

（2）改变电源电流，观察激光器输出功率变化，做出P-I曲线；

（3）测量半导体激光器的发散角、偏振度；

（4）测试半导体激光器的光谱特性。

实验项目五：光泵浦激光器（3学时）

1. 实验属性：综合性实验。

2. 开设要求：必开。

3. 教学目标：

（1）熟悉LD泵浦固体激光器的基本原理；

（2）掌握激光器的主要参数、光斑尺寸、远场发散角及调整方法。

4. 主要实验仪器设备：半导体泵浦激光器原理实验装置主机、刀口部件、准直透镜、功率计。

5. 实验内容：

（1）调节半导体激光器及反射元件的光斑重合；

（2）测量激光器的光斑尺寸和远场发散角；

（3）测量泵浦光源的输出功率和固体的激光器输出功率之间的对应关系，并绘制P in-P th曲线；（4）利用双斜率法测量阈值功率。

实验项目六：激光测距实验（3学时）

1. 实验属性：综合性实验。

2. 开设要求：必开。

3. 教学目标：

（1）了解激光测距仪的构成；

（2）掌握激光测距仪的基本原理；

（3）学会脉冲法和相位法的距离计算方法。

4. 主要实验仪器设备：脉冲激光器、调制器、反射镜、连续激光器等。

5. 实验内容：

（1）调整分光镜、反射镜，使得光路准直；

（2）利用脉冲法进行距离测量，并计算待测距离；

（3）利用相位法进行距离测量，并计算待测距离。

四、实验课实施

1.成绩考核

（一）期末考核采用课程论文的形式，主要考查内容为激光技术的发展动态、相关应用等知识。

（二）成绩评定：

2.平时成绩30%+期末考核成绩70%。

3.平时成绩主要依据考勤、预习、操作和实验报告等情况。

2.教学资料

（1）教材：

[1] 周炳琨, 高以智, 陈倜嵘. 《激光原理(第6版)》. 北京：国防工业出版社，2009

（2）参考书：

[1] Orazio Svelto. 《激光原理(第4版)》. 北京：世界图书出版公司，2008

五、实验项目汇总表