激光原理实验
激光的原理及应用实验报告
激光的原理及应用实验报告1. 引言激光（Laser）是一种著名的光源，具有高度的单色性、高亮度和直射性等特点，因此在众多领域有着广泛的应用。
本实验旨在研究激光的原理，并通过实际应用实验来进一步了解激光在医学、通信等领域中的应用。
2. 激光的原理激光的原理基于受激辐射（Stimulated Emission）和激光放大原理（Laser Amplification）。
2.1 受激辐射受激辐射是指当一个原子（或分子）处于激发态时，有一个外来辐射的光子与该原子（或分子）相互作用，从而使原子（或分子）跃迁到较低能级，并将辐射出一个和激发光子具有相同能量、频率、相位和传播方向的光子。
2.2 激光放大原理激光放大原理是指通过将入射光在放大介质中多次来回反射，从而使光强度不断增加，达到激光输出的过程。
3. 实验方法3.1 实验仪器和材料•激光生成器•反射镜•透射镜•激光干涉仪•激光接收器3.2 实验步骤1.将激光生成器放置于实验平台上，并根据实验需求调节激光器的输出功率和频率。
2.使用反射镜和透射镜等光学元件，将激光束调整为所需尺寸和光路。
3.将调整后的激光束通过激光干涉仪进行干涉检测。
4.使用激光接收器测量激光的功率和频率。
4. 实验结果与讨论4.1 实验结果通过实验，我们测得了激光的功率和频率，并观察到了激光干涉仪的干涉图样。
4.2 讨论根据实验结果，我们可以验证激光的单色性和相干性。
同时，实验还可以进一步验证激光的直射性和高亮度。
5. 激光的应用激光作为一种特殊的光源，在众多领域中有广泛的应用。
5.1 医学应用•激光医学：激光可用于手术、治疗和诊断等医学应用。
•激光眼科学：激光被广泛应用于近视矫正、白内障手术等眼科治疗中。
5.2 通信应用激光在通信领域中应用广泛： - 光纤通信：激光可用于传输信号和增强光纤通信的传输距离和传输速率。
- 激光雷达：激光雷达可用于测距、速度计量和环境感知等应用。
5.3 其他领域的应用除了医学和通信领域，激光还在其他领域有重要应用： - 工业加工：激光可用于切割、焊接、打孔等工艺的精密加工。
激光_光学实验报告
一、实验目的1. 熟悉激光的基本原理和应用。
2. 掌握激光器的基本结构和工作原理。
3. 学习使用激光器进行光学实验，观察激光的传播、干涉、衍射等现象。
4. 提高实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理1. 激光原理：激光是一种相干光，具有单色性好、方向性好、亮度高等特点。
激光的产生基于受激辐射原理，即当高能粒子（如电子）跃迁到高能级时，受到特定频率的光子激发，产生相同频率的光子，从而实现光的放大。
2. 激光器基本结构：激光器主要由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
增益介质提供受激辐射的粒子，光学谐振腔形成驻波，放大受激辐射的光子，激励能源提供粒子跃迁所需的能量。
三、实验仪器与设备1. 实验仪器：激光器、光具座、分光计、干涉仪、衍射光栅、法布里-珀罗干涉仪等。
2. 实验设备：电源、计算机、数据采集卡等。
四、实验内容与步骤1. 激光器基本特性实验（1）观察激光束的传播：将激光器放置在光具座上，调整激光器使其发出的激光束垂直于光具座，观察激光束在空气中的传播情况，记录激光束的传播路径和形状。
（2）测量激光束的功率：使用激光功率计测量激光束的功率，记录数据。
2. 激光的干涉现象实验（1）双缝干涉实验：搭建双缝干涉实验装置，调整双缝间距和光源位置，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
（2）白光干涉实验：将白光通过狭缝，形成单缝衍射图样，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
3. 激光的衍射现象实验（1）单缝衍射实验：搭建单缝衍射实验装置，调整单缝宽度，观察衍射图样，记录衍射图样的形状和宽度。
（2）光栅衍射实验：搭建光栅衍射实验装置，调整光栅常数，观察衍射图样，记录衍射图样的形状和宽度。
4. 法布里-珀罗干涉仪实验（1）观察法布里-珀罗干涉仪的原理：搭建法布里-珀罗干涉仪实验装置，调整干涉仪，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
（2）测量干涉仪的腔长：通过调整干涉仪的腔长，观察干涉条纹的变化，记录腔长与干涉条纹间距的关系。
激光原理设计实验报告
激光原理设计实验报告激光（Laser）是一种通过光的放大方式产生高度聚焦、单色、相干光束的装置。
激光的原理设计实验报告如下。
一、实验目的：1. 了解激光的原理和产生方式；2. 学习激光器件的结构和工作原理；3. 掌握激光器的基本性能测试方法。
二、实验器材与材料：1. He-Ne氦氖激光器；2. 实验室实验平台和支架；3. 条纹测量仪；4. 探测器。
三、实验原理：激光是由光子组成的一束光，其产生原理基于三个主要的过程：激发、放大和反射。
具体来说，激光器中的激光介质（如气体、固体或液体）会被外部能量的输入激发，并产生光子。
光子随后经过光学腔的多次反射，逐渐增强并获得高度同步、相干和单色性。
最终，激光束通过输出镜从激光器中发射出来。
四、实验步骤：1. 激活激光器并将其预热；2. 调整激光器的光路径，使光束通过实验平台上的条纹测量仪；3. 使用探测器测量激光束的光强。
五、实验结果与分析：通过实验，我们可以观察到激光束的明亮光点，在满足一定条件下，激光可以成为一条明亮的光线。
六、实验讨论：1. 讨论激光器的结构和工作原理；激光器一般由一个激光介质和一个光学腔组成。
激光介质可以是气体、固体或液体，而光学腔则由两个反射镜组成。
光学腔的一个反射镜是部分透明的，用于将部分光子耗尽，形成激光输出。
当激光器受到外部能量的激发时，激光介质的原子或分子会被激发到较高的能级，并随后通过受激辐射返回基态，产生光子。
光子在光学腔内进行多次反射，逐渐形成一束同步、相干和单色的激光束。
2. 讨论激光束的特性及其应用；激光束具有高度聚焦、单色性、相干性以及高能量密度的特性。
这些特性使得激光在多个领域有广泛的应用，包括激光加工、激光打标、激光医学治疗、激光测距等。
七、实验总结：本实验通过对激光的原理和产生方式的研究，了解了激光器件的结构和工作原理，掌握了激光器的基本性能测试方法。
激光的特性使其在科学研究和实际应用中具有重要的作用，本实验可作为深入学习激光原理的基础。
激光原理及应用实验报告（有详细答案）
激光原理及应用实验报告（有详细答案）实验一测定空气折射率一、实验目的1、熟练掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法；2、学会调出非定域干涉条纹，并测量常温下空气的折射率。
二、实验原理本实验室建立在迈克尔逊干涉光路的基础上来做的。
激光束经短焦距凸透镜会聚后可得到点光源S，它发出球面波照射干涉仪，经G1分束，及M1、M2反射后射向屏H的光可以看成由虚光源S1、S2发出的。
其中S1为点光源S经G1及M1反射后成的像，S2为点光源S 经M2及G1反射后成的像。
这两个虚光源S1、S2发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。
我们称这种干涉为非定域干涉。
随着S1、S2与屏H的相对位置不同，干涉条纹的形状也不同。
当屏H与S1、S2连线垂直时（此时M1、M2大体平行），得到园条纹，圆心在S1、S2连线与屏H的交点O处。
当屏H与S1、S2连线垂直平分线垂直时（此时M1、M2于H的距离大体相等），将得到直线条纹。
图1 实验装置三、实验方法和步骤1、测空气的折射率调出非定域条纹干涉后，改变气室AR的气压变化错误！未找到引用源。
，从而使气体折射率改变错误！未找到引用源。
，引起干涉条纹“吞”或“吐”N条。
则有错误！未找到引用源。
，于是得错误！未找到引用源。
（1）其中D为气室烦人厚度。
理论上，温度一定，气压不太大时，气体折射率的变化量错误！未找到引用源。
与气压变化量错误！未找到引用源。
成正比：错误！未找到引用源。
（常数）故错误！未找到引用源。
p，将式（1）代入可得错误！未找到引用源。
2、实验步骤1）将各器件夹好，靠拢，调等高。
2）调激光光束平行于台面，按图所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩束器）。
3）调节反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。
4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。
5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为△p。
6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零。
激光物理实验报告
一、实验目的1. 了解激光的基本原理和特性。
2. 掌握激光器的结构、工作原理及操作方法。
3. 通过实验，加深对激光物理理论的理解，提高实验技能。
二、实验原理激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射产生的高亮度、高单色性、高方向性的光。
激光器由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
当增益介质中的原子或分子被激发后，处于高能级，随后以受激辐射的方式释放光子，形成激光。
三、实验仪器与材料1. 激光器：He-Ne激光器2. 光学谐振腔：球面反射镜、平面反射镜3. 光具座4. 光电探测器5. 计时器6. 光功率计7. 精密测量仪器：钢板尺、游标卡尺等四、实验内容1. 激光器结构观察（1）观察He-Ne激光器的结构，了解其组成部分。
（2）识别增益介质、光学谐振腔和激励能源。
2. 激光特性测量（1）测量激光的波长：利用迈克尔逊干涉仪测量激光的波长。
（2）测量激光的功率：利用光功率计测量激光的功率。
（3）测量激光的频率：利用光电探测器测量激光的频率。
（4）测量激光的方向性：利用钢板尺测量激光束的扩散角度。
3. 激光模式分析（1）观察激光的横模：利用共焦球面扫描干涉仪观察激光的横模。
（2）分析激光的纵模：利用光栅光谱仪观察激光的纵模。
4. 激光应用实验（1）激光切割实验：利用激光器进行金属板材的切割实验。
（2）激光焊接实验：利用激光器进行金属板材的焊接实验。
五、实验结果与分析1. 激光器结构观察：He-Ne激光器由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
增益介质为Ne气体，光学谐振腔由球面反射镜和平面反射镜组成。
2. 激光特性测量：（1）激光波长：632.8nm（2）激光功率：1mW（3）激光频率：4.7×10^14Hz（4）激光方向性：扩散角度为1.5°3. 激光模式分析：（1）激光横模：观察到激光的横模结构，分析其特点。
激光光学_实验报告
实验日期：2023年11月15日实验地点：物理实验室实验人员：张三、李四、王五一、实验目的1. 了解激光的基本原理和光学特性。
2. 掌握激光器的基本操作和调整方法。
3. 学习激光干涉和衍射现象的实验原理和测量方法。
4. 分析激光干涉和衍射实验数据，验证相关理论。
二、实验原理1. 激光原理：激光是一种具有高度相干性和单色性的光。
它由激光器产生，激光器通常由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
2. 干涉现象：当两束或多束相干光相遇时，会发生干涉现象。
干涉现象可以分为相长干涉和相消干涉。
3. 衍射现象：当光波遇到障碍物或狭缝时，会发生衍射现象。
衍射现象可以分为单缝衍射和多缝衍射。
三、实验仪器1. 激光器：He-Ne激光器2. 分光计3. 干涉仪4. 衍射仪5. 光功率计6. 计算器四、实验步骤1. 激光器调整：将激光器安装在实验台上，调整激光器的输出功率和光束方向。
2. 干涉实验：- 将干涉仪安装在分光计上，调整分光计的角度。
- 将激光束分成两束，一束照射到分光计的反射镜上，另一束照射到干涉仪的参考镜上。
- 调整干涉仪的移动平台，观察干涉条纹的变化，记录下干涉条纹的间距和位置。
3. 衍射实验：- 将衍射仪安装在分光计上，调整分光计的角度。
- 将激光束照射到衍射仪的狭缝上，观察衍射条纹的变化，记录下衍射条纹的间距和位置。
4. 数据记录与分析：记录下实验数据，包括干涉条纹间距、衍射条纹间距、激光器输出功率等。
根据实验数据，分析激光干涉和衍射现象，验证相关理论。
五、实验结果与分析1. 干涉实验结果：通过调整干涉仪的移动平台，观察到干涉条纹的变化。
根据干涉条纹间距和位置，计算出干涉条纹的间距和相位差。
2. 衍射实验结果：通过调整分光计的角度，观察到衍射条纹的变化。
根据衍射条纹间距和位置，计算出衍射条纹的间距和衍射角度。
3. 数据分析：根据实验数据，分析激光干涉和衍射现象，验证相关理论。
例如，通过计算干涉条纹间距和相位差，验证干涉条纹的等间距规律；通过计算衍射条纹间距和衍射角度，验证衍射条纹的等间距规律。
激光原理实验.doc
第一章 激光特性与技术实验系列 实验1 He-Ne 激光器谐振腔调整及外参数测量 实验目的1. 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。
2. 了解激光器模的形成及特点，加深对其物理概念的理解。
3. 了解外腔He-Ne 激光器的偏振态。
4. 了解He-Ne 激光器最佳工作电流。
5. 通过光栅方程来验证He-Ne 激光的波长。
6. 通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。
7. 对实验中使用的重要分光仪器—共焦球面扫描干涉仪，了解其原理、性能，学会正确使用。
8. 熟悉谐振腔的构成，学会调整的方法，体会谐振腔调整之后一些激光参数的变化。
实验原理1. 高斯光束的发散角激光器的光强分布为高斯函数型分布，故称为高斯光束。
我们用全发散角2θ表征它的发散程度，定义2θ≡2/142422)(2)(200-+=λωππωλωz z dz z d (1) 现在分析2θ在整个光路中的变化情况。
显然，在z ＝0处，2θ＝0，当z 增大，2θ增加。
在z ＝0→z ＝z r 这段范围内，全发散角变化较慢，我们称z r 为准直距离，λπω2≡rz (2) 在z>z r ,全发散角变化加快,当z →∞, 2θ变为常数,我们将此处的全发散角称为远场发散角,有22πωλθ= (3) 不难看出,远场发散角实际是以光斑尺寸为轨迹的两条双曲线的渐近线间的夹角。
实验中,由于不可能在无穷远处测量,故(3)式只是理论上的计算式,不能作为测量公式,而需用近似测量来代替.可以证明,当z ≥7z r =7πω02/λ时, 2θz /2θ(∞) ≥99%,即当z 值大于7倍z r 时所测得的全发散角,可和理论上的远场发散角相比,误差仅在1%以内,那么z 值带来的实验误差已不是影响实验结果的主要因素了,这就为我们提供了实验上测远场发散角所应选取的z 值范围。
可采用以下两种近似计算:一种方法是,选取z>z r 的两个不同值z 1,z 2,根据光斑尺寸定义,从I ～ρ曲线中分别求出ω(z 1),ω(z 2)根据公式1221)()(22z z z z --⋅=ωωθ （4）另一种方法是,由于z 足够大时,全发散角为定值,好像是从源点发出的一条直线,所以实验上还可用一个z 值(z ≥7z r )及与其对应的ω(z),通过公式2θ=2ω(z)/z （5）来计算,选择哪一个近似公式更好,要根据具体情况和误差分析而定。
激光原理实验(山科大)
实验一 He-Ne 激光器模式分析（一）实验目的与要求目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。
对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。
要求：用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。
（二）实验原理1．激光器模的形成我们知道，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1-1所示。
实际上，由于能级总有一定的宽度以及其它因素的影响，增益介质的增益有一个频率分布，如图1-2所示，图中)(νG 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。
但只有单程放大，还不足以产生激光，要产生激光还需要有谐振腔对其进行光学反馈，使光在多次往返传播中图 1-1 粒子数反转分布 形成稳定、持续的振荡。
形成持续振荡的条件是，光在谐振腔内往返一周的光程差应是波长的整数倍，即q q L λμ=2 （1-1）式中，μ为折射率，对气体μ≈1；L 为腔长；q 为正整数。
这正是光波相干的极大条件，满足此条件的光将获得极大增强。
每一个q 对应纵向一种稳定的电磁场分布，叫作一个纵模，q 称作纵模序数。
q 是一个很大的数，通常我们不需要知道它的数值，而关心的是有几个不同的q 值，即激光器有几个不同的纵模。
从（2-1）式中，我们还看出，这也是驻波形成的条件，腔内的纵模是以驻波形式存在的，q 值反映的恰是驻波波腹的 图 1-2 光的增益曲线 数目，纵模的频率为L cq q μν2= （1-2）同样，一般我们不去求它，而关心的是相邻两个纵模的频率间隔Lc L cq 221≈=∆=∆μν （1-3） 从（2-3）式中看出，相邻纵模频率间隔和激光器的腔长成反比，即腔越长，相邻纵模频率间隔越小，满足振荡条件的纵模个数越多；相反，腔越短，相邻纵模频率间隔越大，在同样的增益曲线范围内，纵模个数就越少。
激光及激光实验报告
一、实验目的1. 了解激光的基本原理和特性；2. 掌握激光实验的基本操作和技能；3. 分析激光在各个领域的应用。
二、实验原理激光（Laser）是一种通过受激辐射产生的高亮度、单色性好、方向性好、相干性好的光。
激光的产生基于以下原理：1. 激励：利用外部能源（如光泵、电流等）使工作物质中的粒子发生能级跃迁，产生粒子数反转；2. 谐振腔：由一对反射镜组成，将受激辐射产生的光在腔内反复反射，形成驻波；3. 增益介质：具有较高增益系数的物质，使光在谐振腔内不断增强；4. 输出：从谐振腔的一个端面输出激光。
三、实验仪器与材料1. 激光器：He-Ne激光器、半导体激光器等；2. 光学元件：反射镜、透镜、光栅、分束器等；3. 光功率计；4. 光谱仪；5. 光纤；6. 实验台。
四、实验内容1. 激光基本特性测试（1）激光束直径测量：利用光功率计测量激光束在不同距离处的光功率，根据激光束的光强分布公式计算出激光束的直径；（2）激光束发散角测量：利用激光束直径测量结果，结合激光束的光强分布公式，计算出激光束的发散角；（3）激光束单色性测试：利用光谱仪测试激光束的频率分布，计算激光束的线宽。
2. 激光在光学领域中的应用（1）光纤通信：利用激光作为光源，实现长距离、高速率的信号传输；（2）激光切割：利用激光的高能量密度，实现材料的高精度切割；（3）激光焊接：利用激光的高能量密度，实现材料的高精度焊接。
3. 激光在非光学领域中的应用（1）激光雷达：利用激光测距原理，实现远程测量；（2）激光医疗：利用激光的高能量密度，实现精准的手术操作；（3）激光显示：利用激光作为光源，实现高分辨率、高亮度的显示。
五、实验结果与分析1. 激光基本特性测试结果（1）激光束直径：根据实验数据，计算得出激光束直径约为1mm；（2）激光束发散角：根据实验数据，计算得出激光束发散角约为1mrad；（3）激光束单色性：根据光谱仪测试结果，计算得出激光束线宽约为0.1nm。
产生激光的实验报告
一、实验目的1. 了解激光的基本原理和产生过程；2. 掌握激光器的结构和工作原理；3. 通过实验，观察激光的产生过程，加深对激光原理的理解。
二、实验原理激光（Laser）是一种具有高度方向性、相干性和单色性的光。
激光的产生是基于受激辐射原理。
当高能粒子（如电子）从高能态跃迁到低能态时，会释放出能量，这些能量以光子的形式发射出来。
在特定的条件下，这些光子会被放大，形成激光。
三、实验仪器与材料1. 激光器（He-Ne激光器）2. 光具座3. 激光束扩展仪4. 激光束衰减仪5. 光电探测器6. 信号发生器7. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 将激光器固定在光具座上，确保激光器的输出端与光具座的光轴对齐；2. 将激光束扩展仪和激光束衰减仪依次连接在激光器输出端；3. 将光电探测器和信号发生器连接在激光束衰减仪输出端；4. 打开激光器电源，调整激光束衰减仪的衰减值，观察光电探测器输出的信号变化；5. 记录不同衰减值下光电探测器输出的信号强度，并绘制曲线；6. 改变激光束的方向，观察光电探测器输出信号的变化，分析激光束的方向性；7. 将信号发生器的输出信号连接到光电探测器，观察光电探测器输出信号的变化，分析激光束的相干性；8. 改变激光器的输出波长，观察光电探测器输出信号的变化，分析激光束的单色性。
五、实验结果与分析1. 激光束的方向性：实验过程中，当改变激光束的方向时，光电探测器输出的信号强度基本不变，说明激光束具有高度的方向性。
2. 激光束的相干性：实验过程中，将信号发生器的输出信号连接到光电探测器，观察到光电探测器输出信号的强度随信号发生器输出信号的变化而变化，说明激光束具有相干性。
3. 激光束的单色性：实验过程中，改变激光器的输出波长，观察到光电探测器输出信号的强度随波长变化而变化，说明激光束具有单色性。
六、实验结论通过本次实验，我们成功观察到了激光的产生过程，了解了激光的基本原理和产生条件。
激光的相关实验报告
一、实验目的1. 理解激光的基本原理，掌握激光器的结构和工作原理。
2. 学习使用激光器进行实验操作，观察激光的特性。
3. 掌握激光在光学实验中的应用，提高实验技能。
二、实验原理激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射放大光子的现象产生的特殊光源。
激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特点。
本实验主要研究激光的以下特性：1. 激光的光谱特性：观察激光的光谱线，分析激光的波长、线宽等参数。
2. 激光的方向性：观察激光束的传播路径，验证激光的高方向性。
3. 激光的相干性：观察激光干涉现象，验证激光的高相干性。
4. 激光的聚焦性：观察激光束聚焦后的光斑大小，验证激光的高聚焦性。
三、实验仪器与设备1. 激光器：He-Ne激光器、半导体激光器等。
2. 光具组：透镜、分光计、狭缝、光栅等。
3. 测量工具：钢板尺、光电计时器、频谱分析仪等。
四、实验步骤1. 激光器光谱特性实验：（1）将He-Ne激光器接入实验装置，调整激光器输出功率；（2）将激光束通过透镜聚焦，使光斑聚焦到光电计时器上；（3）调整分光计，使激光束入射到光栅上，观察光谱线；（4）记录光谱线位置、线宽等参数，分析激光的波长、线宽等特性。
2. 激光方向性实验：（1）将激光器输出激光束，调整激光束方向；（2）观察激光束在空气中传播的路径，验证激光的高方向性；（3）记录激光束传播路径，分析激光束的方向性。
3. 激光相干性实验：（1）将激光器输出激光束，调整激光束方向；（2）将激光束通过狭缝，形成激光干涉图样；（3）观察干涉条纹，验证激光的高相干性；（4）记录干涉条纹间距、条纹间距变化等参数，分析激光的相干性。
4. 激光聚焦性实验：（1）将激光器输出激光束，调整激光束方向；（2）将激光束通过透镜聚焦，观察聚焦后的光斑大小；（3）记录光斑大小、聚焦距离等参数，分析激光的高聚焦性。
激光原理实验
激光原理实验激光安全须知实验一Nd3+:YAG激光器的安装与调试实验二Nd3+:YAG激光器参数测量实验三高斯光束远场发散角测量实验四氦氖激光器模式测量实验五电光调Q脉冲YAG激光器实验六KTP晶体倍频YAG激光器实验七YAG激光放大器激光安全须知1 大功率调Q脉冲激光装置所在地应有明确标志，非实验人员不得进入激光工作区域。
2 不可直视激光束(迎着激光束射来的方向看)和它的反射光束，不允许对激光器件做任何目视的准直操作。
3 对于不可见的红外激光束，实验者更应了解实验的光路布局，并避免使自己的头部保持在激光束高度所在的水平面内。
4 实验区域内不应存在任何带有闪亮表面的物体。
实验者应从身上除去此类饰物、手表与徽章等。
5 不可在有激光照射的情况下移动任何反射镜、光阑、能量汁探头和光谱仪器等。
6 不允许将激光束瞄准任何人体、动物、车辆、门窗和天空等。
对于由此而带来的对目的物的伤害，操作者负有法律责任。
7 不得在未停机或未确认储能元件均已放电完毕的情况下检修激光设备，避免造成电击伤害。
实验一Nd3+:YAG激光器的安装与调试一、实验目的1、通过对Nd3+:Y AG激光器的安装与调试熟悉固体激光器的结构和工作原理。
2、学会调整光学谐振腔的基本方法。
3、要求将激光器调整到有最佳输出状态。
二、仪器设备YAG棒：φ6Х80mm 脉冲氙灯：φ6Х80mm 半反镜透过率：T=80%谐振腔长：500mm 储能电容：100μF 聚光腔：1个激光电源：1台水冷设备：一套光学平台及支架：一套黑相纸：若干红光LED指示光源光源：一支小孔光阑：一个三、实验原理1、固体激光器基本结构YAG 棒图1、固体激光器基本结构固体激光器主要由工作物质，激励源和光学谐振腔三部分组成，其结构如图1。
本实验用激光器，工作介质φ6×80mm，泵灯为脉冲氙灯，尺寸为φ7×80mm，聚光腔采用镀银金属腔。
聚光腔的作用是使光泵发出的光更有效地集中照射到工作物质上，从而提高激光器的总体效率。
激光技术实验报告
一、实验目的1. 理解激光的基本原理和特性；2. 掌握激光器的操作方法和注意事项；3. 通过实验，了解激光在各个领域的应用。
二、实验原理激光是一种受激辐射的光，具有高亮度、单色性、方向性和相干性等特点。
激光器由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
当激励能源对增益介质进行激励时，产生粒子数反转，从而产生激光。
三、实验仪器与材料1. 激光器：He-Ne激光器、半导体激光器；2. 光学元件：透镜、反射镜、分束器、偏振片等；3. 传感器：光功率计、光电探测器等；4. 支撑架、连接线等辅助工具。
四、实验内容与步骤1. 激光器基本特性实验（1）观察激光器的输出光束，了解其方向性和单色性；（2）使用光功率计测量激光器的输出功率，并记录数据；（3）使用光电探测器测量激光器的频率，并记录数据。
2. 激光干涉实验（1）搭建激光干涉实验装置，包括激光器、透镜、分束器、反射镜、光电探测器等；（2）调整实验装置，使激光束在分束器处分成两束；（3）观察干涉条纹，了解干涉现象，并记录数据；（4）分析干涉条纹，计算干涉条纹间距，进而计算激光的波长。
3. 激光衍射实验（1）搭建激光衍射实验装置，包括激光器、透镜、狭缝、光电探测器等；（2）调整实验装置，使激光束通过狭缝；（3）观察衍射条纹，了解衍射现象，并记录数据；（4）分析衍射条纹，计算衍射角，进而计算激光的波长。
4. 激光在各个领域的应用实验（1）激光切割实验：观察激光切割材料的过程，了解激光在切割领域的应用；（2）激光焊接实验：观察激光焊接材料的过程，了解激光在焊接领域的应用；（3）激光测距实验：使用激光测距仪测量距离，了解激光在测距领域的应用。
五、实验结果与分析1. 激光器基本特性实验结果：（1）He-Ne激光器输出功率为5mW，频率为632.8nm；（2）半导体激光器输出功率为10mW，频率为1064nm。
2. 激光干涉实验结果：干涉条纹间距为0.5mm，激光波长为632.8nm。
激光原理实验
激光原理实验指导老师 陈钢1 实验目的： 加深对激光原理理论概念的认识和理解，培养实验动手能力。
2 实验内容：（1）谐振腔参数认识、调节，调节外腔式He-Ne 激光器，使其激光输出，并达到最大值，记录相关实验结果，包括工作电流和激光功率；（2）光学谐振腔的稳定范围；（3）激光输出功率随激光管在腔内位置变化的关系；（4）波长选择，通过选频元件，调出可能的5条谱线，记录波长和相对功率；（5）横模特征观测与判断。
此5个内容，第一个大家都要做一遍，其余四个选两个做，但最好分配好，把每个内容都做到。
3 实验原理：实验从调整基本装置开始，这部分内容老师讲解。
只要调整好基本装置，就可以开始下面的各项实验。
3.1 光学稳定性He-Ne 激光器的光学谐振腔是根据激活介质Ne 以及所要求的光束质量而设计的。
稳定性的目标就是要获得尽可能好的光束输出，也就是基模高斯光束TEM 00模式。
一般来说，要获得高功率输出和较好的光束质量是两个相矛盾的要求，因为高功率输出需要较大的激活体积，而基模运转时的激活体积却被限制在他所要求的模体积之内。
这也就说明了为什么平凹腔对He-Ne 激光器是最佳的结构。
3.2 光学谐振腔的稳定范围；实验可以这样进行，在激光稳定运转过程中，通过改变球面镜的位置，直到激光不能产生为止。
球面镜位置改变的具体方法为：把球面镜调节支架上的固定螺丝轻微松动，同时又使得它能够在轨道上保持静止不动。
位置改变过程尽量保持不要破坏激光的振荡。
重新固定调节支架到新的位置，并且通过调节球面镜的垂直和水平调节螺丝，使得激光功率重新达到最大值。
重复这些过程，直到达到一个不能获得激光震荡的新位置为止。
测量此时两面镜子的距离，并与由稳定性条件给出的最大距离L 进行比较。
1212120111g g L L g and g R R ≤≤=-=- 在实验中输出镜为平面镜，g3.3 激光输出功率随激光管在腔内位置变化的关系；实验的测量方法如下，松开激光管支架的固定螺丝，使得它的位置可以在轨道上改变。
激光原理固体实验报告
1. 理解激光的产生原理，掌握固体激光器的工作机制。
2. 熟悉固体激光器的基本组成及其工作过程。
3. 学习使用激光器进行实验操作，观察激光输出特性。
二、实验原理激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射原理产生的高亮度、单色性好、方向性强的光。
固体激光器是利用固体激光材料作为工作物质的激光器，具有体积小、使用方便、输出功率大等特点。
固体激光器的工作原理如下：1. 激活离子吸收外界能量（如光、电、声等）后，从低能态跃迁到高能态，形成激发态。
2. 激发态的粒子是不稳定的，会自发地回到低能态，同时发出光子，称为自发辐射。
3. 当有外来光子与激发态粒子相遇时，激发态粒子会受激发射，产生与入射光子位相、频率和方向一致的光子，从而实现光的放大。
4. 激光器中的谐振腔使光在激光工作物质中多次往返，光子与激发态粒子发生受激辐射，使光强度不断放大。
三、实验仪器与材料1. 固体激光器（如红宝石激光器）2. 激光功率计3. 激光探测器4. 光谱分析仪5. 激光工作物质（如红宝石晶体）6. 反射镜片7. 光学支架1. 将固体激光器安装在光学支架上，确保激光器稳定。
2. 将激光功率计和激光探测器分别连接到激光器输出端和探测器位置。
3. 打开激光器电源，调节工作物质和反射镜片，使激光输出稳定。
4. 观察激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强。
5. 使用光谱分析仪分析激光光谱，观察激光的波长和线宽。
6. 改变激光器的工作条件，如工作物质温度、泵浦功率等，观察激光输出特性的变化。
五、实验结果与分析1. 激光功率和光强：实验过程中，激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强稳定，说明激光器工作正常。
2. 激光光谱：光谱分析仪显示的激光光谱呈现红宝石激光特有的红色谱线，波长约为694.3nm，线宽较窄，说明激光单色性好。
3. 激光输出特性：改变工作物质温度和泵浦功率，观察激光功率和光强的变化。
激光演示实验报告
一、实验目的1. 了解激光的基本原理和特性；2. 掌握激光演示实验的基本操作步骤；3. 通过实验观察激光在不同介质中的传播、反射、折射等现象；4. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、实验原理激光是一种高度相干、单色、方向性强的光。
激光的产生基于受激辐射原理，即当光子与物质相互作用时，会引发物质中电子的跃迁，产生新的光子，这些光子与入射光子具有相同的频率、相位和传播方向。
激光具有以下特性：1. 单色性：激光的频率非常集中，接近于某一特定波长；2. 相干性：激光的相位差很小，光波之间的干涉现象明显；3. 方向性：激光的传播方向几乎不变，发散角很小。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：激光演示器、光学平台、分光计、白屏、滤光片、透镜、光栅等；2. 实验材料：激光演示器电源、光学平台配件、实验指导书等。
四、实验步骤1. 激光演示器安装：将激光演示器放置在光学平台上，确保其稳定；2. 光路搭建：根据实验需求，搭建实验光路，包括激光器、分光计、透镜、光栅等；3. 激光束调节：调节激光演示器，使激光束垂直照射到白屏上；4. 实验观察与记录：（1）观察激光束的直线传播：调整激光演示器，使激光束垂直照射到白屏上，观察激光束在白屏上的光斑大小和形状，记录实验数据；（2）观察激光束的反射现象：将平面镜放置在激光束的传播路径上，观察激光束在平面镜上的反射现象，记录实验数据；（3）观察激光束的折射现象：将透镜放置在激光束的传播路径上，观察激光束在透镜上的折射现象，记录实验数据；（4）观察激光束的色散现象：将光栅放置在激光束的传播路径上，观察激光束在光栅上的色散现象，记录实验数据；（5）观察激光束的衍射现象：将狭缝放置在激光束的传播路径上，观察激光束在狭缝上的衍射现象，记录实验数据。
五、实验结果与分析1. 激光束的直线传播：在实验中，激光束在白屏上的光斑大小和形状基本保持不变，说明激光束具有良好的直线传播特性；2. 激光束的反射现象：在实验中，激光束在平面镜上的反射现象明显，说明激光束具有良好的反射特性；3. 激光束的折射现象：在实验中，激光束在透镜上的折射现象明显，说明激光束具有良好的折射特性；4. 激光束的色散现象：在实验中，激光束在光栅上的色散现象明显，说明激光束具有良好的色散特性；5. 激光束的衍射现象：在实验中，激光束在狭缝上的衍射现象明显，说明激光束具有良好的衍射特性。
物理老师激光实验报告
实验名称：激光原理与应用实验实验日期：2023年4月10日实验地点：物理实验室实验指导老师：[老师姓名]一、实验目的1. 理解激光的基本原理，包括受激辐射、光学谐振腔等。
2. 掌握激光器的操作方法和注意事项。
3. 通过实验验证激光的特性和应用。
二、实验原理激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射原理产生的高亮度、高方向性、高单色性的光。
实验中使用的激光器为He-Ne激光器，其工作物质为氦-氖混合气体，通过放电产生激发态的原子，再通过光学谐振腔实现受激辐射。
三、实验器材1. He-Ne激光器2. 扫描干涉仪3. 光具座4. 光屏5. 滤光片6. 望远镜7. 镜头8. 光电池9. 导线等四、实验步骤1. 将He-Ne激光器安装在光具座上，调整激光器的输出端与望远镜的入射端对准。
2. 打开激光器电源，观察激光束的输出情况，调整激光器使其发出稳定的激光束。
3. 将望远镜对准激光束，通过望远镜观察激光束的方向性和亮度。
4. 使用扫描干涉仪观察激光束的横模和纵模分布，测量相应的模间隔。
5. 将滤光片放置在激光束的路径上，观察滤光片对不同波长激光的过滤效果。
6. 将光电池置于激光束的路径上，测量激光束的强度。
7. 利用望远镜和镜头观察激光束的聚焦效果，验证激光的高方向性。
五、实验结果与分析1. 观察到激光束具有高度的方向性和亮度，说明激光器的输出质量较好。
2. 通过扫描干涉仪观察到激光束的横模和纵模分布，测量出相应的模间隔，验证了激光的单色性和稳定性。
3. 在滤光片实验中，观察到不同波长的激光束被滤光片过滤的效果，验证了滤光片对不同波长激光的过滤能力。
4. 在光电池实验中，测量出激光束的强度，说明激光器的输出功率较高。
5. 在聚焦实验中，观察到激光束在焦点处具有较高的亮度，验证了激光的高方向性。
六、实验总结本次实验成功地验证了激光的基本原理和特性，通过实验操作掌握了激光器的操作方法和注意事项。
东北石油大学激光原理实验报告
东北石油大学激光原理实验报告引言：本次实验旨在探究激光原理及其基本特性。
通过实验操作和数据分析，加深对激光的理解，并掌握激光器的基本工作原理。
实验仪器和材料：1.He-Ne激光器2.平行光管3.凸透镜4.半反射镜5.平面镜6.光电二极管7.探测器8.光学平台实验步骤：1.搭建实验装置，将激光器放置在光学平台上，并连接电源。
2.调整激光器，使其产生稳定的激光束。
3.将平行光管放置在激光束上方，调整平行光管的位置，使激光束通过平行光管，并保持其平行性。
4.在激光束的路径上放置凸透镜，调整凸透镜与激光束的距离和角度，观察激光束的变化。
5.在激光束的路径上放置半反射镜和平面镜，调整它们的角度和距离，观察激光束的反射、折射和干涉现象。
6.将光电二极管放置在激光束的路径上，调整其位置，使其能够接收到激光束的辐射。
7.将探测器连接到光电二极管上，通过测量电流的变化，得出激光束的强度和功率。
实验结果与分析：根据实验数据，我们可以得出以下结论：1.激光束具有高度的单色性和相干性，能够保持较长的传播距离。
2.凸透镜对激光束具有聚焦作用，能够改变激光束的直径和发散角度。
3.半反射镜和平面镜能够改变激光束的传播方向，产生反射、折射和干涉现象。
4.光电二极管能够将激光束的辐射转化为电流信号，通过测量电流的变化，可以得出激光束的强度和功率。
结论：通过本次实验，我们深入了解了激光的基本原理和特性，掌握了激光器的工作原理。
同时，通过测量和数据分析，我们验证了激光束的单色性、相干性以及光学元件对激光束的影响。
这对于进一步研究和应用激光技术具有重要意义。
致谢：感谢实验指导老师对本次实验的指导和支持，以及实验室的技术人员对实验设备的提供和维护。
同时，也感谢实验小组成员的共同努力和配合，使本次实验取得了圆满成功。
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激光原理实验
指导老师陈钢
1实验目的：加深对激光原理理论概念的认识和理解，培养实验动手能力。
2实验内容：
（1）谐振腔参数认识、调节，调节外腔式He-Ne激光器，使其激光输出，并达到最大值，记录相关实验结果，包括工作电流和激光功率；
（2）光学谐振腔的稳定范围；
（3）激光输出功率随激光管在腔内位置变化的关系；
（4）波长选择，通过选频元件，调出可能的5条谱线，记录波长和相对功率；
（5）横模特征观测与判断。
此5个内容，第一个大家都要做一遍，其余四个选两个做，但最好分配好，把每个内容
都做到。
3实验原理：
实验从调整基本装置开始，这部分内容老师讲解。
只要调整好基本装置，就可以开始下面的各项实验。
3.1光学稳定性
He-Ne激光器的光学谐振腔是根据激活介质Ne以及所要求的光束质量而设计的。
稳定性的目标就是要获得尽可能好的光束输出，也就是基模高斯光束TEM 00模式。
一般来说，要获得高功率输出和较好的光束质量是两个相矛盾的要求，因为高功率输出需要较大的激活体积，而基模运转时的激活体积却被限制在他所要求的模体积之内。
这也
就说明了为什么平凹腔对He-Ne激光器是最佳的结构。
3.2光学谐振腔的稳定范围；
实验可以这样进行，在激光稳定运转过程中，通过改变球面镜的位置，直到激光不能产生为止。
球面镜位置改变的具体方法为：把球面镜调节支架上的固定螺丝轻微松动，同时又
使得它能够在轨道上保持静止不动。
位置改变过程尽量保持不要破坏激光的振荡。
重新固定
调节支架到新的位置，并且通过调节球面镜的垂直和水平调节螺丝，使得激光功率重新达到
最大值。
重复这些过程，直到达到一个不能获得激光震荡的新位置为止。
测量此时两面镜子
的距离，并与由稳定性条件给出的最大距离L进行比较。
0乞g l乜2乞1
g i =1and g2 =1 丄
R i R2
12
实验的测量方法如下，松开激光管支架的固定螺丝，使得它的位置可以在轨道上改变。
第一步准直已经调节好了，在这个实验中要保证激光管支架的机械轴要和准直光给出的光轴
重合。
你将看到激光的输出功率随着激光管不断靠近球面镜而下降的现象。
这个结果的讨论
基于，谐振腔的光束半径轨迹必须考虑特定的毛细管的直径。
3.4波长选择
波长选择主要出于两点：其一是激光器含有不希望出现的波长，这主要是激光器单色性的要求；其二激光器本身会抑制许多波长的激光振荡，这些激光只有在其他波长的激光不
能振荡时才能产生。
第二点很明显，在He-Ne激光器中，同时存在许多可见光波段的激光
和一些红外激光的振荡。
由于这些可见波段的激光都来自于同一个上能级，因此它们之间相
互竞争，因此阈值最低的谱线首先获得振荡，并且不断占有反转的粒子数，不断增强，以至
于其他波长的激光不能起振。
不同的波长可以通过波长选择过程来实现振荡，分列如下。
341利特罗棱镜
基本的调整和平凹腔类似。
利特罗棱镜代替平面镜必须满足两个条件，其一是棱镜的
色散作用，其二是象平面镜一样作为激光谐振腔的腔镜。
严格来说，它应该能尽可能地选择
所有He-Ne激光器中的波长，因此其表面的镀膜应该适合所有波长范围。
波长的调谐通过倾斜棱镜来实现。
理想情况下，一旦棱镜的镀膜面垂直与谐振腔的光轴，相应的被选择的谱
线就可以振荡，然而事实并非如此。
我们可以看到，即使棱镜倾斜了一些，而较强的红色激
光仍能够振荡，尽管谐振腔的光路已经改变了。
谐振腔内的激光束也发生了漂移，尽管损耗
增大了，但是较强的红色谱线还是能够得到足够的放大，从而使得其他谱线不能振荡。
光束
漂移，即谐振腔内光束位置的改变，可以用来把较强的红色激光调到一个激光即将熄灭的边
缘位置，继续倾斜棱镜，此时可能的橙色激光谱线就可以振荡。
为了使光束漂移，可以轻微
旋转激光输出镜的调整旋钮并重新调整到激光输出达到最大值的位置。
此时光束改变了它在
谐振腔内的方向。
毛细管的虹膜效应会限制光束位置偏离的太远。
实验的目标就是理解棱镜
的波长选择功能，同时理解频移的概念。
342双折射晶体（BFT）
基本的调整和平凹腔类似。
双折射晶体必须放置在谐振腔内光束尽可能平行的一点上。
该点对BFT的选择效应的利用基于观察准直光。
如果BFT没有放到这点，就会产生沿光轴
不同角度的发散光，这将导致激光束内不同的相移，同时偏振方向也比较模糊。
但是这个影
响比较低。
对于比较弱的谱线，附加损耗将会形成，可以通过改善BFT在谐振腔的位置来
使得附加损耗最小化。
如果较弱的谱线不能够振荡，必须检查放置的位置，并重新调整。
所
有的光学面包括BFT的表面必须非常干净。
BFT必须调整到和光轴夹角为布儒斯特角。
放电电流不能大于5mA。
调谐元件由一块天然的石英平板够成，厚度约为1mm。
当把BFT放置到谐振腔内时，
它将导致光束的偏移，因此有必要重新进行基本的对准调整。
也有一种可能就是放入BFT
而不用重新调整，步骤如下：把激光功率调整到最大，把BFT转架转到垂直与光轴的位置，
围绕光轴旋转BFT平板到一个位置，此时激光振荡重新获得，再次调节激光器到理想位置，然后把BFT平板朝布儒斯特角方向转。
这个过程需要几个步骤，每一步完成后重新调整激光器。
当接近布儒斯特角附近时，激光强度有明显的增加，也可以通过观察BFT表面反射
光束达到一个较小值来确定这个位置。
如果此时平板围绕光轴旋转，则主要的谱线632.8nm
将出现3-4次，选择最好的一个位置并重新调整激光器到最佳运行状态。
当在主要的谱线632.8nm附近转动时，就会发现5条不同的谱线的振荡。
波长和强度列表如下。
611.8nm的橙色谱线以及635.2nm对于镜面污染引起的附加损耗比较敏感，如果不能实
现这两条谱线的振荡，必须把镜面重新清洁，特别是激光管的窗口和BFT的表面，由于暴
露在空气中，加上激光束电场对其表面的作用，很容易引起污染。
一旦橙色的谱线振荡，重
新调整激光器并把BFT的角度旋转到布儒斯特角。
注意当轻微转动平板时谱线会消失并再现。
3.5模式选择
利用一个短焦透镜（f=30-50mm），激光输出光束可以被扩束然后映射到一个屏幕上。
激光的横模特性将表现为圆形镜的横模特征。
高阶模可以通过适量微调谐振腔而得到。
如果
这个方法不能观察到，可以通过强制方法来获得高阶模。
众所周知，高阶模的特性是电场强
度在平面内有振幅为零的结线。
这种“小圆环”很容易获得，只要在谐振腔内插入一个细线
状的物体（例如一根头发丝）。
因此我们就可以在屏上观察到类似横模分布的分散的光强分布。
由于激光亮度较大，肉眼观测有时不能成功，可以利用我们自己制作的一套简单的图像采集和显示系统，用摄像头获取激光光斑图像，并做三位分析，此时如果存在高阶模，则很容易观测出来，通过和理论模式比较，判断属于那个模式，分析其原因。
4数据记录：
所有数据必须认真记录在本子上，需要图片的可以用数码相机拍摄（自己带或老师提供），模式分辨的图片集中保存在老师的电脑上，实验结束后给大家。
5实验报告：
做完实验后认真撰写实验报告，结合激光原理理论，把每部分的实验原理重新写详细, 实验内容、步棸、结果、讨论等都要完整。