氦氖激光器与谐振腔
激光器件与技术简答题
一．He-Ne激光器1.谱线竞争的原因：具有相同上能级或者相同下能级的谱线之间，当产生辐射跃迁时，对公有能级的粒子数发生影响，存在相互作用，这就是谱线竞争。
2.如何抑制3.39μm?①.谐振腔的作用：对于较短的氦氖激光器，靠谐振腔的选择性来抑制3.39μm谱线，谐振腔采用对632.8nm高反射率的多层介质膜，使谐振腔对632.8nm有高的增益，而对3.39μm经反射镜反射后损耗很大，单程增益很低，使之不能振荡，只产生632.8nm的谱线输出。
②.谐振腔中加色散元件：在谐振腔一个反射镜和布儒斯特窗之间放置一块三棱镜，由于棱镜对632.8nm和3.39μm的折射率不同，通过棱镜后就有不同的偏向角，调整谐振腔的位置，使得3.39μm的辐射偏离出腔外，只让632.8nm在腔内振荡。
③.甲烷吸收法：甲烷（CH4）气体对 3.39μm处有强烈吸收，而对832.8nm是完全透明的。
④.外加轴向非均匀磁场：非均匀磁场引起的增宽对632.8影响不大，对3.39μm影响很大。
由于增益与线宽成反比，所以非均匀磁场造成的谱线加宽使3.39μm的增益明显下降，而632.8nm变化不大，因此大大提高了它对3.39μm的竞争能力，使632.8nm的增益增大。
二、二氧化碳（CO2）激光器1.P支和R支：二氧化碳激光器的跃迁发生在振动能级（0001）—（1000）和（0001）—(0200)之间。
从一个振动能级到另一个振动能级跃迁时，也可能同时发生转动量子数的变化，对二氧化碳分子的激光跃迁，其选择定则为：1∆，，1-=0±=∆J的跃迁称为R∆J的跃迁称为P支，1+=支，0∆J的跃迁称为Q支，在二氧化碳分子中，Q支是不存在的。
=P支较R支先振荡的原因：由于P支跃迁的上能级的统计权重（2J+1）比下能级的（2J+1）要小，而R支跃迁的上能级的统计权重（2J+3）比下能级（2J+1）要大，这就使P支的跃迁比R支的跃迁容易建立起粒子数的反转分布，又由于P支的跃迁几率比R支大，因而P支的激光振荡就比较容易实现。
氦氖激光器与谐振腔
氮氛激光器与激光谐振腔电子科学与技术实验室激光器是一种利用物质的受激辐射现象来工作的光学器件，受激辐射最早是由爱因斯坦于1917年提出的，其基本意思为：当物质与光波相互作用时，将产生受澈辐射现象，有可能将物质中的一定能量加到入射的光波中去，其结果是光披的能量获得了放大。
如果光波在物质中传播时损耗足够的小，并同时引入适当的正反馈，就可以构成一个光学振荡器-激光器，就象我们在电学中使用的自澈振荡电路一样。
激光器的物理基础是光的受激辐射放大，激光的英文单词laser就是来自于light amplification by stimulHted cm i xs ion of rad i at iond 中的头几个字母。
光与物质的相互作用主要可以归结为三个方面：吸收、自发辐射和受激辐射。
1.受激吸收：吸收是激光工作物质从外界吸收能量的过程，在这里我们关心一种特殊的吸收过程-受激吸收。
受激吸收是一种与后面将要介绍的受激辐射相反的过程，既一个外界光子将使一个处于低能级原的粒子跃迁到一个较高能级E2上，且外来光子的频率u与粒子能级差E2-E1有如下关系：0 = (E2-E1) /h其中h为普朗克常数。
2・自发辐射：在没有外界干扰的情况下，处于高能级的粒子，可以自发地向低能级跃迁，同吋发射一个光子，这个光子的频率一般由下式决定：u - (Em-En) /hEnrEn为发生跃迁的上下能级能量差。
自发辐射过程与外界相互作用无关，各个原子的辐射都是自发的、随即的、独立的进行，因而各个粒子发出的光子的发射方向、偏振态和相位是不同的，随机的。
自发辐射是一种非相干光辐射。
3・受傲辐射：当存在外来光子时，光子与粒子相互作用，当外来光子的频率u正好满足o = (E2-E I) /h条件时，则处于E2能级的粒子就会输射出•个同频光子，井跃迁到□能级。
而且，这个被诱发的光子与外來光了可能还会有相同的相位、偏振态和传播方向•受激辐射是一种相干辐射。
氦氖激光器模式分析
模式分析1．氦-氖(He-Ne)激光器简介氦氖激光器（或He-Ne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、氖气）、激励系统（激光电源）构成。
二电极通过毛细管放电激励激光工作物质，在氖原子的一对能级间造成集居数反转，产生受激辐射。
由于谐振腔的作用，使受激辐射在腔内来回反射，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，即满足激光振荡的阈值条件时，则有稳定的激光输出。
内腔式激光器的腔镜封装在激光管两端。
二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。
在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。
这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。
因为放电管上所加的电压，电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。
这就产生了激光必须具备的基本条件。
在发生受激辐射时，分别发出波长3.39μm，632.8nm，1.53μm三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外光外，另二种是红外区的辐射光。
因反射镜的反射率不同，只输出一种较长的光波632.8nm的激光。
3．He-Ne激光器结构及谐振腔He－Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。
激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成。
放电管是氦一氖激光器的心脏，它是产生激光的地方。
放电管通常由毛细管和贮气室构成。
放电管中充入一定比例的氦（He）、氖（Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子数反转。
贮气室与毛细管相连，这里不发生气体放电，它的作用是补偿因慢漏气及管内元件放气或吸附气体造成He,Ne气体比例及总气压发生的变化，延长器件的寿命。
He-Ne激光器与激光谐振腔
He-Ne激光器与激光谐振腔一．实验目的通过实验，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、深入的了解激光器的结构、特性、工作条件和相关理论。
二．实验仪器1.光学实验导轨：1000毫米一根2.准直光源：二维可调半导体激光器，650纳米3.5mW 一个3.小孔光栏屏一个4.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。
一个5.半内腔氦氖激光管：波长633nm，最大输出功率≥2mW（硬封长寿命管）一个6.激光电源：稳流，电流可调，范围4.5-8毫安一个7.二维反射镜架：精密细牙调整螺钉（含硬膜半反射镜）。
一付8.二维可调扩束镜一付9.激光功率指示计：3位半数子表头，测量范围：200微瓦、2、20、200毫瓦、可调档，含半导体激光电源。
一套10.显示屏：80毫米×100毫米一块三．实验原理1、半导体发光原理a.我们知道，白炽灯是把被加热钨原子的一部分热激励能转变成光能，发出宽度为1 000 nm 以上的白色连续光谱。
b.发光二极管（LED）却是通过电子在能带之间的跃迁，发出频谱宽度在几百 nm 以下的光。
c.在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。
如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。
这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。
光的自发辐射、受激发射和吸收补充知识与举例：1)自发辐射---LED工作原理a.如果把电流注入到半导体中的P-N结上，则原子中占据低能带的电子被激励到高能带后；射b.当电子从高能带跃迁到低能带时，将自发辐射出一个光子，其能量为 hv。
c.电子从高能带跃迁到低能带把电能转变成光能的器件叫 LED。
e.当电子返回低能级时，它们各自独立地分别发射一个一个的光子。
因此，这些光波可以有不同的相位和不同的偏振方向，它们可以向各自方向传播。
f.同时，高能带上的电子可能处于不同的能级，它们自发辐射到低能带的不同能级上，因而使发射光子的能量有一定的差别，使这些光波的波长并不完全一样。
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。
氦氖激光器的配气及特性研究-中山大学物理学院2016
N 1 n1
本实验中：K=12.26+0.06， N V2 / V1 =1.19+0.003。
二、实验仪器
He-Ne 气体激光管充排气真空系统、光功率计（最小量程 10mV、最小刻度 0.2mV） 、阴 极电离真空计、硅油 U 型压强计 He-Ne 气体激光器真空系统简介
图 2、He－Ne 气体激光器真空系统示意图
'
P ，其分压强应为 PHe 和 PNe 。根据波义耳—马略特定律，当气体纯度不变时，混合前气体
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物理学院
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
近代物理实验 I
的压强和体积的乘积应等于混合后气体的压强和体积的乘积，即有如下关系式：
' N 1 PHe V2 PHe (V1 V2 ) ' 解以上方程组得： PHe nP ' N (n 1) PNe V1 PNe (V1 V2 )
三、实验步骤
l．关闭 l 阀，开机械泵，转动 2 阀通扩散泵，五分钟后开扩散泵加热电炉及冷却水龙 头，20 分钟后开 3 阀．开真空计，测量系统真空度 103 Pa 时，开 10 阀。 2．计算 PHe 和 PNe ，注意它们的单位换算关系，由于实验时间限制，只做气压比 n=7； 总压力 P=4Torr；3.5 Torr；3 Torr；2.5 Torr；2 Torr。 3． 充氦气前， 5 应关闭， 开 4 将 4， 5 之间的空气抽调， 然后关 4， 待系统真空度 103 Pa 时，关真空计，按以下步骤充气。 4．充氦，关 3 阀，开 5 关 5；开 4 关 4；开 5 关 5；开 4 关 4，反复进行，同时观测 油柱高度，在 (V1 V2 ) 体积内充入氦气的压强为计算值 PHe 。 5．关 10 开 3，将 V1 中的氦气慢慢抽调，反复充氖气前，7 应关闭，开 6 将 6，7 之 间的空气抽调，开真空计，待系统真空度 103 Pa 时，关真空计，关 6。开激光电源。 6．充氖：关阀门 3，在 V1 体积中充入氖气，开 7 关 7；开 6 关 6，同时观测油柱高 度，在 V1 体积内充入氖气的压强为计算值 PNe 。 7．开 10 阀使 V1 中的氖气与 V2 里的氦气充分混合，待 10 分钟后，调节激光管的放 电电流，观察激光功率的变化规律。 8．利用减压阀 9 减少 P (每次约减 0.5 Torr 至 1.5 Torr)，列表记下实际的 P、Pw、I。 测出当 n=7, P=1.5 托,2 托,2.5 托, 3 托,4 托，5 托时的激光输出功率及最佳放电电流值。 9．待老师检查数据后，做关机的准备，按一定的程序关机。 A）先关活塞 13 和活塞 10，然后关闭活塞 3，导通活塞 8。 B）切断扩散泵加热电炉的电源，待油冷却后，关闭活塞 2 和冷却永， C）切断机械泵电源，打开活塞 1，使大气进入机械泵内。
He-Ne激光器谐振腔调整和激光特性的测量
实验一：He-Ne 激光器谐振腔调整和激光特性的测量一、实验目的：1.了解He-Ne 激光器的构造。
2. 观察并测量He-Ne 激光器的功率、发散角等特性参数。
3. 调整谐振腔一端的反射镜，观察谐振腔改变后He-Ne 激光器性能参数的变化。
4. 了解外腔He-Ne 激光器的偏振态。
5. 通过光栅方程来验证He-Ne 激光的波长。
二、实验内容：1. He-Ne 激光器发散角测量由于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，所以我们应延长光路以保证其精确度，此时需要在前方放置反射镜。
可以证明当距离大于λωπ207时所测的全发散角与理论上的远场发散角相比误差仅在1%以内。
（1）确定和调整激光束的出射方向，放置一个反射镜来延长光路。
（2）在光源前方L1处用光功率计检测，在与光轴垂直的某方向延正负轴测量并绘出光功率/位移曲线。
（3）由于光功率/位移曲线是高斯分布的，定义Pmax/e2为光斑边界，测量出L1位置的光斑直径D1。
（4）在后方L2处用光功率计同样测绘光强/位移曲线，并算出光斑直径D2。
（5）由于发散角度较小，可做近似计算，θ2=D2-D1/L2-L1,便可以算出全发散角2θ。
2 .利用光栅方程验证波长。
He-Ne 激光器的波长是623.8nm, 通过光栅方程可以验证激光器的波长值。
观察衍射图样，统计出衍射级数j 。
根据三角公式，计算出衍射角θ。
由于光栅常数d 已知，根据光栅方程可以计算出激光波长。
),2,1,0(sin ±±==j j d λθ1. 观察He-Ne 外腔激光器模型，了解各部分构造及工作原理。
He-Ne 激光器的组成包括有：共振腔（由放电毛细管和反射镜组成）、工作物质（有氦氖气体按一定比例组成）、放电电源（通常多采用直流高压电源）。
当氦氖激光器的电极上加上几千伏的直流高压后，管内就产生辉光发电，对工作物质进行激励从而引起受激辐射，经共振腔进行光放大以后，即产生激光输出。
100312 实验一 He-Ne激光器与激光谐振腔
He-Ne激光器与激光谐振腔实验指导书浙江大学光电系特别提示！！！1.He-Ne激光器的阳带有几千伏的高压，请注意安全！！！2.激光管为玻璃结构，易碎，特别是布氏窗结构，由多种玻璃构成，应避免受力和碰撞。
激光膜片是非常易损的光学元件，应绝对避免人手的触摸和剐蹭，必要的清洁请使用专用长丝棉或脱脂棉结合干净的乙醚或丙酮轻轻擦拭。
一．实验内容与目的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三．实验装置的设置1）将导轨放置在稳定的平台上。
XGL-3 氦氖激光器
XGL-3 氦氖激光一、 激光原理1、普通光源的发光—受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。
激发的过程是一个“受激吸收”过程。
处在高能级（E 2）的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E 1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。
辐射光子能量为12E E h -=ν这种辐射称为自发辐射。
原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方，另外其位相、偏振状态也各不相同。
由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。
在通常热平衡条件下，处于高能级E 2上的原子数密度N 2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E 的原子数密度N 的大小随能级E 的增加而指数减小，即N ∝exp(－E /kT )，这是著名的波耳兹曼分布规律。
于是在上、下两个能级上的原子数密度比为]/)(ex p[/1212kT E E N N --∝式中k 为波耳兹曼常量，T 为绝对温度。
因为E 2>E 1，所以N 2<<N 1。
例如，已知氢原子基态能量为E 1＝－13.6eV ，第一激发态能量为E 2=－3.4eV ，在20℃时，kT ≈0.025eV ，则0)400ex p(/12≈-∝N N可见，在20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子到达激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。
一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四面八方发射，更使能量分散了。
2、受激辐射和光的放大由量子理论知识知道，一个能级对应电子的一个能量状态。
电子能量由主量子数n(n=1,2,…)决定。
氦氖激光器的结构及原理
氦氖激光器的结构及原理氦氖激光器的结构及原理1．氦氖激光器的结构．氦氖激光器的结构氦氖（氦氖（He-Ne He-Ne He-Ne）激光器的结构一般由放电管和光学谐振腔所组成。
激光管的中心是一）激光器的结构一般由放电管和光学谐振腔所组成。
激光管的中心是一根毛细玻璃管，称作放电管（直径为1mm 左右）；外套为储气部分（直径约45mm 45mm））；A 是钨棒，作为阳极；作为阳极；K K 是钼或铝制成的圆筒，作为阴极。
壳的两端贴有两块与放电管垂直并相互平行的反射镜，构成平凹谐振腔。
两个镜版都镀以多层介质膜，一个是全反射镜，通常镀17层膜。
交替地真空蒸氟化镁（交替地真空蒸氟化镁（MgF2MgF2与硫化锌（与硫化锌（ZnS ZnS ZnS））。
另一镜作为输出镜，通常镀7层或9层膜（由最佳透过率决定）。
毛细管内充入总气压约为2Torr 2Torr（托）的（托）的He He、、Ne 混合气体，其混合气压比为5：1－7：1左右。
内腔管结构紧凑，使用方便，所以应用比较广泛。
但有时为了特殊的需要也常选用全外腔式或半外腔式。
全外腔式的放电管和镜片是完全分离的，半外腔式是上两种形式的结合。
外腔式和半外腔式都需要粘贴布儒斯特片，外腔式和半外腔式都需要粘贴布儒斯特片，窗片法线与激光光轴有一夹角，窗片法线与激光光轴有一夹角，应等于布儒斯特角θ：θ=tg-1n , K8玻璃对632.8nm 激光激光 n=1.5159 n=1.5159；θ=56=56°°3535＇＇；熔融石英 n=1.46；θ=55=55°°3636＇＇。
因此，全外腔式和半外腔式激光器输出的光束是电矢量平行于入射面的线偏振光。
面的线偏振光。
2．氦氖激光器激发机理．氦氖激光器激发机理氦氖激光器中工作物质是氦气和氖气，其中氦气为辅助气体，氖气为工作气体。
产生激光的是氖原子，不同能级的受激辐射跃迁将产生不同波长的激光，主要有632.8nm 632.8nm、、1.15um 和3.39um 三个波长。
ying,开腔He-Ne激光器的谐振腔调整方法
He-Ne 激光器的谐振腔调整方法09光信周俊颖20093200086谐振腔的认识：开腔He-Ne激光器主要由两个带调节支架的反射镜、激光放电管及电源、准直激光器、滑轨、功率计等部件组成。
He-Ne 激光器由于采用毛细管放电的形式,大多数采用平-凹腔结构。
凹面镜用作谐振腔的全反镜,一般会标明/R= ***0,R代表凹面镜的曲率半径。
平面镜用作输出镜,镜上会标明/plane,T=***%0等字样,T代表平面镜的透过率。
如果没有标明,可以用准直激光分别照射两反射镜,透过率小的为凹面镜。
谐振腔调节前首先要分清平面镜、凹面镜,因为两镜的调节技巧差别较大。
谐振腔调节前应用擦镜纸或浸润酒精的棉絮将各镜面及激光管的布儒斯特窗擦拭干净,尽量减少损耗。
方法一四步目测调节法第1步:调节全反凹面镜首先将凹面镜和准直激光器放入滑轨两端并锁紧,如图1所示,准直激光器一端应留有较大的空间，以便放置其他测量设备。
打开准直激光器,使得激光光斑能够照射到反射镜的中央位置,如果准直光斑不在中央,可以适当调节准直激光器的X-Y调节旋钮,保证准直激光照射在反射镜中央位置。
图1凹面镜调节示意图粗调:调节凹面镜的X-Y调节旋钮,使得凹面镜的反射光束可进入准直激光管的发射孔。
细调:微调反射镜的X-Y调节旋钮,观察凹面镜上的光点,由于光线在凹面镜和准直激光器输出平镜面之间来回反射,将观察到凹面镜上至少有三个光点,呈现出线状排列。
继续微调X-Y旋钮,使得这些光点完全重合为一个光点,此时会出现忽亮忽暗的干涉现象,这时就可以认为凹面镜调节好了,同时也可观察到光束在凹面镜上产生的明暗相间的同心干涉圆环,当圆环比较清晰时就认为调整好了。
由于凹面对光线具有汇聚作用,一般依靠目测就可以达到实验要求,不需要特别的辅助仪器。
第2步:调节放电毛细管图2放电毛细管调节示意图第3步:输出平面镜调节将激光放电管放入轨道并固定,如图2所示,暂不要开启激光放电管电源。
用一张白纸放在靠近准直激光束的一端(位置1),挡住准直激光束,将看到准直激光器发出的圆且亮的光点。
氦-氖激光器简介
氦-氖(He-Ne)激光器摘要：本文介绍了He-Ne激光器的工作原理，结构及谐振腔，He和Ne原子的能级图，He-Ne激光器的速率方程，激发过程和输出特性，影响其寿命的因素，并简单介绍了其应用和优点。
关键词：He-Ne激光器；激发原理；结构及谐振腔；速率方程；激发过程；输出特性；寿命一．氦-氖(He-Ne)激光器简介气体激光器是以气体或蒸气为工作物质的激光器。
由于气态工作物质的光学均匀性远比固体好，所以气体激光器易于获得衍射极限的高斯光束，方向性好。
气体工作物质的谱线宽度远比固体小，因而激光的单色性好。
但由于气体的激活粒子密度远较固体为小，需要较大体积的工作物质才能获得足够的功率输出，因此气体激光器的体积一般比较庞大。
由于气体工作物质吸收谱线宽度小，不宜采用光源泵浦，通常采用气体放电泵浦方式。
在放电过程中，受电场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时，将粒子激发到高能态，因而在某一对能级间形成了集居数反转分布。
除了气体放电泵浦外，气体激光器还可采用化学泵浦，热泵浦及核泵浦等方式。
He-Ne激光器是最早研制成功的气体激光器。
在可见及红外波段可产生多条激光谱线，其中最强的是632.8nm,1.15μm和3.39μm三条谱线。
放电管长数十厘米的He-Ne激光器输出功率为毫瓦量级，放电管长（1~2）m的激光器输出功率可达数十毫瓦。
由于它能输出优质的连续运转可见光，而且具有结构简单、体积较小、价格低廉等优点，在准直、定位、全息照相、测量、精密计量等方面得到广泛应用。
二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。
在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。
这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。
氦氖激光器调节
本科学生综合性实验报告学号：姓名：学院：专业、班级：实验课程名称：激光原理课程实验教师：周海春开课学期：2015 至2016 学年第一学期填报时间：2015 年 6 月15 日云南师范大学教务处编印氦氖激光器调节一、实验目的：1、掌握氦氖激光器出光原理2、掌握氦氖激光器谐振腔的调节方法二、实验仪器：氦氖激光器，调节板，谐振腔反射镜，半内腔氦氖激光器，台灯（或其它光源，请用户自备）三、实验原理：在激光器内充有一定比例的氦气和氖气。
封上以后，谐振腔A 被严格的固定在激光管管子上，谐振腔B 在管子外部，可以延光轴前后移动。
当在激光器正、负极加直流高压时（一般3KV 以上），氖离子发生粒子数反转。
当氖离子从高能级降到低能级时，将放出一束光。
这两个谐振腔的反射镜一个反射率接近100％，即完全反射。
另一个反射率约为98％。
这束光被两个谐振腔进行多次反射后，经镀有反射率约为98%膜的一端射出，即为激光。
四、操作步骤（一）十字光靶法（自准直法）1、将半内腔氦氖激光器、谐振腔反射镜和调节板放到导轨上，如图3 所示。
（图3）2、将半内腔氦氖激光器与激光器电源接好（注意：红色与红色相接，黑色与黑色相接，切勿接反），打开电源，激光管发出橙红色的光。
3、将调节板有十字叉丝面对准激光器，并用光源（如用台灯）照亮十字线，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，调节激光器调整架六个旋钮，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），如图4所示。
4、观察被谐振腔B 反射回的调节板的十字叉丝像的位置，此时的十字叉丝像可能在图5 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6。
这说明谐振腔反射镜与激光管管内的毛细管完全垂直，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λ/4 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λ/4，激光才能出来。
专业实验 实验一 氦氖激光原理与技术综合实验
氦氖激光原理与技术综合实验仪实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印氦氖激光原理与技术综合实验仪一．引言虽然在1917年爱因斯坦就预言了受激辐射的存在，但在一般热平衡情况下，物质的受激辐射总是被受激吸收所掩盖，未能在实验中观察到。
直到1960年，第一台红宝石激光器才面世，它标志了激光技术的诞生。
激光器由光学谐振腔、工作物质、激励系统构成，相对一般光源，激光有良好的方向性，也就是说，光能量在空间的分布高度集中在光的传播方向上，但它也有一定的发散度。
在激光的横截面上，光强是以高斯函数型分布的，故称作高斯光束。
同时激光还具有单色性好的特点，也就是说，它可以具有非常窄的谱线宽度。
受激辐射后经过谐振腔等多种机制的作用和相互干涉，最后形成一个或者多个离散的、稳定的谱线，这些谱线就是激光的模。
在激光生产与应用中，如定向、制导、精密测量、焊接、光通讯等，我们常常需要先知道激光器的构造，同时还要了解激光器的各种参数指标。
因此，激光原理与技术综合实验是光电专业学生的必修课程。
二．实验目的1.理解激光谐振原理，掌握激光谐振腔的调节方法。
2.掌握激光传播特性的主要参数的测量方法。
3.了解F-P扫描干涉仪的结构和性能，掌握其使用方法。
4.加深激光器物理概念的理解，掌握模式分析的基本方法。
5.理解激光光束特性,学会对高斯光束进行测量与变换。
6.了解激光器的偏振特性，掌握激光偏振测量方法。
7.了解激光纵模正交偏振理论与模式竞争理论。
三．实验原理1．氦氖激光器原理与结构氦氖激光器（简称He-Ne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、氖气）、激励系统（激光电源）构成。
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氦、氖气体，当氦、氖混合气体被电流激励时，与某些谱线对应的上下能级的粒子数发生反转，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。
激光调腔论文_3
激光调腔与纵横模分析论文内容摘要：本实验利用He-Ne激光器和示波器等仪器在示波器上观察了长短两个He-Ne激光器的模谱，并在模谱上辨认了自由光谱区，测量了纵、横模的频率间隔，然后观察了横模的图样。
又利用频率分裂和模竞争实验激光器测量了增益曲线，观察了模分裂现象。
关键字：纵模，横模，自由光谱区，晶体光折射，纵模分裂一实验原理1、激光以及氦氖激光器（１）激光器由光学谐振腔、增益介质和激励能源组成。
He-Ne激光器谐振腔由二片直径为2a、间隔的L的介质膜反射镜相对放置组成。
如果一个腔体中同时存在着原子体系和光讯号，它们之间的相互作用可以归结为三个基本过程，即自发辐射、受激吸收和受激发射。
对于激光束，同时存在着受激吸收和受激发射。
有激光输出，要求受激发射超过受激吸收，必须是高能级的原子数密度N2大于低能级的原子数密度N1。
我们把出现N2>N1的情况称为“粒子数反转”。
用放电激励的方法使N2>N1，那么，由于激光器两端有两块互相平行的高反射镜子，使光讯号在激光器的腔体中不断来回振荡，不断放大，最终就形成强烈的激光束。
受激发射的光子具有相同的能量（频率）、相同的相位、偏振态，且从同一方向发出。
(２)调腔实验调节方法：十字小孔成像准直法图2.如图1所示，十字屏中心有一小孔，用照明光源照亮十字屏。
通过小孔沿光轴观察放电管，移动十字屏位置，在放电管端头找到放电管中心的光点，如图2（a）所示。
然后调节腔镜，并观察十字线的像，使其交点与放电管中心光点重合，调节到如图2（c）所示状态后（标志着腔镜已经与放电管轴线垂直），将十字屏、照明光源换到激光腔另外一端，按照以上调节方法，同样调节到如图2（c）所示状态，即可能有激光输出。
否则，可重复以上步骤，反复调节，直至输出红色激光。
可以使用光功率计（自备）检测输出激光强度，微调两腔镜，以达到最佳输出光强。
波长632.8nm。
2、He-Ne激光器的纵模、横模及其对应的频率间隔（1）纵模激光器是由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
氦氖激光器参数测量
氦氖激光参数测量实验人：余崇亮，合作者：余琪晖. 组号：A20理工学院光信息科学与技术专业2011级，学号113430921.1 普通光源的发光普通光源发出的光是由于物质受到外来能量的作用，原子中的电子吸收能量从低能级跃迁到高能级，即原子被激发，激发是一个受激吸收过程。
处于高能级的电子很不稳定，又自发跃迁回低能级，同时辐射光子。
这种辐射称为自发辐射。
原子的自发辐射是随机过程。
不同原子辐射的光具有不同的方向、位相和偏振状态，频率也不单一。
在通常热平衡条件下，处于高能级的原子数密度远小于处于低能级的原子数密度。
这是因为根据玻尔兹曼分布规律，处于某一能级的原子数密度随能级的升高成指数衰减。
1.2受激辐射和光的放大的两个状态之间。
由量子理论可知，电子从高能级向低能级跃迁只能发生在角量子数相差1也就是说，在原子中可能存在这样一些能级，一旦电子被激发到这些能级上，由于不满足上述跃迁条件，可以使电子在这种能级上有较长的寿命，这些能级称为亚稳态能级。
但在外加光的刺激下，电子可以迅速跃迁到低能级，并释放光子，这个过程称为受激辐射。
受激辐射的光子与入射的诱发光子具有相同的频率、方向、偏振状态和位相，于是入射一个光子，可以得到两个相同的光子，即原来的光信号被放大，这种在受激过程中产生并被放大的光就是激光。
1.3 粒子数反转一个诱发光子不仅能引起受激辐射，也能引起受激吸收。
只有当处在高能级的粒子数比低能级的粒子数多时，受激辐射才能超过受激吸收。
由此可见，使光源发射激光的关键是发光原子处在高能级的数目比处在低能级上的多。
这种情况称为粒子数反转。
2. 激光器的结构激光器一般包括三个部分，工作物质、激励源和谐振腔。
2.1 激光工作物质激光的产生须选择合适的工作物质，可以是气体、液体、固体或半导体，在这种物质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。
2.2 激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
激光谐振腔
激光谐振腔摘要：本实验通过对He-Ne激光器的调节加强学生对激光谐振腔以及相关知识的理解，熟悉和掌握激光器调节的原理和技巧。
关键词：光模式；谐振腔；He-Ne激光器Laser resonatorDuo Wang(School of Science, BUPT. Beijing, 100876)Abstract:In this study, through the regulation of the He-Ne laser to enhance students' understanding of the laser resonator and knowledge and master the principles and techniques of laser adjustment. Keywords:Light mode; Resonator; He-Ne laser自1960年激光器问世以来，作为一种新光源，激光器具有光束发散角小、亮度高、单色性和相干性好的特点。
He-Ne激光器是一种应用很广的典型激光器件，它是由（1）起放大作用的工作物质；（2）具有选频（或者说滤波）和正反馈作用的光学谐振腔；（3）激励能源等三部分组成。
激光模式的研究对激光器研制和激光应用技术都有很大意义。
1 实验原理1.1谐振腔和纵模频率由两块互相平行的平面反射镜组成的平行平面腔是一种典型的光学谐振腔。
其原理如图1所示。
图 1 平行平面腔示意图平行于轴线传播的平面波A在两反射镜间经过偶数次发射后得到光波B、C……，这些光波和A叠加在一起，根据干涉现象的原理，A、B、C等只有当它们的相位相同是才能互相加强，腔内才能发生“谐振”，最后才能形成激光。
设谐振腔长度为L，腔内工作物质的折射率为μ，光波的频率为ν，相应的真空中波长为λ0=cν⁄，式中c是真空中的光速。
工作物质中的波长为λ=cμν⁄，于是可得平行平面腔的谐振条件为L=Nλ2=Nλ02μ（1）式中N是整数。