10.21 He-Ne激光器实验

实验报告

课程名称： 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： He-Ne 激光器与激光谐振腔 同组学生姓名

一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理

六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

本套实验装置的核心He-Ne 激光器，采用的是一种半内腔结构，激光器的一个全反射镜与毛细管、储气套等做成一体，并在出厂前将全反射镜与毛细管调至垂直。而另一个半反射镜则被安装在一个精密二维

调整架上，可灵活移动。

通过一准直光源调整激光管和半反射镜，使之产生激光。用激光功率计检测这束激光并进一步调整膜片使之达到最佳状态（功率最大）。观察光斑大小和光强分布。用扫描干涉仪观察其纵膜的频谱分布情况。调整工作电流，观察输出功率的变化。重复移动半反射镜并重新使之达到最佳状态，观察光斑大小和分布变化，记录功率，用干涉仪观察纵膜，比较前后变化，分析腔长对功率、纵膜、横膜、发散角、束腰、腔型的影响。

在激光管与半反射镜之间插入一可调损耗，使之与增益刚好达到平衡，通过对损耗的测量，求得 激光管的增益。

通过实验，掌握激光调谐的原理和技巧，验证谐振腔理论和有关增益的概念，全面、深入地了解激光器的结构、特性、工作条件和相关理论。

二、 实验内容和原理

1.改变工作电流，观察电流与输出功率的关系。

（在超过5mA 的大电流时，工作时间不可过长。） 2.腔长与激光功率、横模、纵模、束腰、发散角的关系

1）设备调试完成后，用功率计测量其最大功率。用显示屏在全反射端一定距离处（2-3米）观察光

斑的大小和形状，光斑的大小反应了发散角的大小，光斑的形状即为激光的横模。观察半反射镜上的光斑（束腰）大小。在半反射镜端装上F-P 扫描干涉仪探头，观察纵模情况。

装

订

线

专业： 姓名： 学号：

日期： 10.21 地点：

2）松开反射镜架滑块上的螺钉，移动反射镜，在适当位置上重新锁紧，以改变谐振腔的腔长和腔型。重复9）、10）、12）、13）中的必要步骤，重复1）中的实验和观察。在导轨上可均匀的选择3-4 个位置，重复1）中的实验和观察，以了解、掌握这些参数的变化规律。

3.激光增益的测量：

1）将半反射镜放在布氏窗前10cm 处，调出激光。

2）将增益测量组件插入腔外光路，用功率指示计监测功率。

3）调整两个水平调整螺钉和旋转平台，使激光功率最大。

4）将增益测量组件插入腔内光路，仔细调整激光谐振腔和增益测量组件，使输出功率到达最大。

5）仔细调整旋转平台，使激光正好消失，这时损耗与激光增益相当等，

6）连同滑块一起取下增益测量组件，放置在腔外光路中，测出损耗，即得到我们需要的激光增益。

三、主要仪器设备

光学导轨

准直光源（650nm 3.5mW 半导体激光器）

二维可调架，

小孔光栏屏，

激光管调整架（由两个二维调整架组成，可完成4 个自由度的调整），

半内腔氦氖激光管：波长6328nm，最大输出功率≥2mW，

激光电源：稳流，电流可调，范围4.5-8 毫安

二维反射镜架：精密细牙调整螺钉（含硬膜半反射镜）

二维可调扩束镜：

激光功率计：3-1/2 位数字表头，测量范围：200 微瓦、2、20、200 毫瓦、可调档, 含半导体激光电源。

显示屏：80 毫米×100 毫米

增益测量组件：三维可调

扫描干涉仪

示波器

四、操作方法与实验步骤

1.实验装置设置

1）将导轨放置在稳定的平台上。

2）将He-Ne 激光器及四维调整架放置在导轨的一端（如左手端），布氏窗朝向导轨的另一端（右手端），锁紧滑块上的两个螺钉，使激光器与导轨紧固连接。

图1 实验仪器示意图

3）将半导体激光器（Laser Diode, LD）及二维调整架放置在导轨的右手端，使其发光侧指向He-Ne 激光器，锁紧滑块上的螺钉，将半导体激光器固定在导轨上，并将电源线插入功率计上LD 电源插孔。

4）紧靠LD 放置小孔光栏屏并锁紧滑块上的螺钉。

5）在小孔光栏屏与He-Ne 激光器之间放置一个滑块用以放置He-Ne 激光器的反射镜。

6）将he-Ne 激光器的高压电源线与He-Ne 激光器电源可靠连接。

7）在确定He-Ne 激光电源开关处于“关”状态后，将功率指示器和激光电源与220V 电源相连。

2.装置的调试

装置的调试主要是调整He-Ne 激光器与半反射镜的相对位置关系，只有当谐振腔的两个反射镜均与激光器毛细管相垂直时，才有可能产生激光。本实验在调试过程用一束半导体激光作为基准，用自准直的方法使激光谐振腔达到谐振条件，产生He-Ne 激光。调整步骤：

1）打开功率计的电源，LD 发出激光。

2）松开激光管调整架上的6 个调整螺钉，使激光管处于自由悬挂状态。

3）调整LD 的高度和方向，同时调整小孔屏的高度和位置，使通过小孔的激光可打在He-Ne激光管的布氏窗中心区域。

4）将He-Ne 激光器的半反射镜连同二维精密调整架放置在He-Ne 激光管前的滑块上，调整反射镜架的高度使激光大致打在反射镜的中心位置上，锁紧反射镜架。

5）前后滑动半反射镜，注意光斑在半反射镜上的位置，并反复调整LD 和小孔光栏屏方向和位置，以使半反射镜在前后滑动的过程中，光斑始终位于半反射镜膜片的中心区域。这时LD 激光束基本上与导轨平行，我们将以这条激光束作为基准来调整谐振腔。在实验过程中这个基准不应再变动。

6）取下He-Ne 激光器反射镜架，这时LD 激光束又会落在He-Ne 激光器的布氏窗上，通过激光器的玻璃外壳我们会看到这束LD 激光是否进入了毛细管（这时He-Ne 激光器光源应处于“关”状态，以便于观察）。调整布氏窗一端的二维调整架，使LD 光束进入毛细管，这时我们应可在小孔光栏屏上看见从He-Ne 激光器的另一个反射镜反射回来的光，一般为环形。尽量使之明亮。

7）调整He-Ne 激光器全反射镜端的二维调整架，小孔光栏屏上的反射光的强度和形状也随之变化，尽量使这个环形光斑变小、变强并成为一个亮点。

8）反复调整He-Ne 激光器前后的两个二维调整架，使反射到小孔光栏屏的亮点尽可能对称、明亮，并重合于小孔，此时可认为毛细管基本以LD 激光束（基准）相重合，全反射镜与LD 激光束垂直。

9）将步骤5）中取下的半反射镜重新放回到导轨上，调整高度使LD 光斑落在膜片中央位置。

10）调整半反射镜架上的两个精密调整螺钉，使该半反射镜反射回小孔屏上的光斑落于小孔中心。

11）用脱脂棉和丙酮擦拭布氏窗。

12）打开He-Ne 激光电源，激光管亮。调整电流到5mA 左右。（不可过大以免损激光管和电源）。

13）这时应有He-Ne 激光输出。如没有，请仔细调整半反射镜上的两个精密调整钉，直到有He-Ne 激光输出为止。

14）将功率计探头放入光路，探测He-Ne 激光器的输出功率，反复仔细调整半反射镜上的两个精密调整螺钉，使功率达到最大。激光的调试即告完成。

五、实验数据记录和处理

1.改变工作电流，观察输出功率的关系