嘉应学院激光原理实验讲义

嘉应学院激光原理实验讲

义

编写人：杨晓冬

一. 激光技术调节基本技能训练

一. 实验目的：

1.初步掌握准直光束调节方法

2.初步掌握反射面镜调节方法

3.初步掌握凸透镜的调节方法

二. 实验装置和调节方法

1. 准直光源调节:

在光学平台上装调激光之前,通常需要建立与光学平台平行、且空间方位固定的准直光束，以便于对光学元件的空间方位进行调整。产生准直光束的光源通常是氦氖激光器产生的632.8 nm光束，也可以采用655 nm的半导体激光器，要求必须是可见光束。在调节过程中，准直光源必须牢稳固定，如果在调解过程中光源移动，则准直光束必须重新建立，实验也必须重新开始。

在光学平台上建立准直光束通常需要不少于两块空间方位可调节的反射镜、一个标示高度的标高尺，标高尺制作如图1所示：ａ）将一片高度约为15 cm的钢板尺固定在一块规则平整的矩形金属块上，钢板尺本身的刻度就可以作为表明光束高度的标示，由于钢板尺刻度较多，因此可以标注的范围较大，但精度不一定很高；b）用金属板表面小孔作为标示光束高度的标示，该标高尺通常用于准直光束高度固定的情况下准直光束建立。标高尺正面做一条垂直标示线(如图中红线所示).

标示线

刻度钢

准直光束调节方法如图2所示：要建立一条与光学平台水平,沿AB方向准直光束,首先根据要确定光束的方位确定两块反射镜的位置,要求光束最后照到的反射镜2的中心大致位于所要建立的直线上,打开激光光源,使光束照在反射镜1的中心位置,调节反射镜1的位置和俯仰角使光束大致照在反射镜1的中心,同时保证反射镜2大致沿着AB直线方向.在AB直线的正下方选取M、N两点(N点远离反射镜2),用笔作标记,将标高尺标示线下端正对N点放置,调节反射镜2,使光束入射到标示线,高度达到所要求的准直光束高度,然后再将标高尺标示线下端正对M点,调节腔镜1,使光束达到所要求的标示高度,反复进行上述步骤,最终就可以使光束沿着所要求的AB方向.为了更清楚说明这一点举例如下: 准直光束离光学平台高度50 mm, 在

AB直线的正下方选取M、N两点(N点远离反射镜2)后，将标高尺首先放置于Ｎ点，调节反射镜１的俯仰角，使激光束照射在50 mm刻度处的标示线上，再将标高尺移到Ｍ点，调节反射镜１，使光束照射在50 mm刻度处的标示线上；反复进行此过程，激光束将逐渐逼近ＡＢ直线，最终就可以与ＡＢ直线重合．为方便记忆调节方法，我们作如下规定，并记如下口诀：将Ｎ点在光束的远端，将其称为远点，而Ｍ点称为近点；反射镜１被称为远镜，反射镜２被称为近镜，调节口诀为：远点（Ｎ点）调近镜（反射镜２），近点（Ｍ点）调远镜（反射镜１）．

2．利用准直光束对腔镜进行调节．

2.1 反射面镜调节-通常作为激光腔镜

1.平面腔镜的调节:

平面腔镜调节较为简单，可通过调节固定平面镜俯仰角使光束原路返回。具体调节如图3(a) 所示,将小孔光阑放置于入射光路中,使入射光束通过小孔。将平面腔镜放置于所要固定的位置，调节固定反射镜的镜架俯仰角旋钮，使入射到平面镜光束返回小孔光阑即可。

(a) (b)

(c)

图3 腔镜的调节：（a）平面镜的调节；（b）凹面镜的调节; (c) 凸面镜的调节

2. 凹面镜调节:

凹面镜（通常为平凹镜）的调节如图3（b）所示，调节固定凹面镜的镜架，使凹面反射光束返回。对于凹面镜的调节要注意以下两个问题：1）由于凹面反射光束会先汇聚，再发散，因此当凹面曲率半径较小时，光束发散较为严重，为了能够清晰分辨反射光斑，光阑距离腔镜的距离不能太远；2）由于平凹镜有两个反射面，反射光斑有两个，必须要注意区分反射光斑哪一个是凹面反射，哪一个是平面反射。请根据几何光学的原理思考怎样判定反射光斑哪一个是平面，哪一个是凹面。另外还必须注意，当平凹镜作为输出镜时，调节时应尽量使平面的反射光斑也靠近或返回小孔光阑，以减小输出镜对于输出光束的影响（由于存在偏心差，入射光束并不一定入射到平凹镜几何中心）。

3. 凸面镜的调节

凸面镜（假设为平凸镜）的调节如图3（C）所示，同样调节固定凸面镜的镜架，使凸面反射光束返回。对于凸面镜的调节要注意以下两个问题：1）由于凸面反射光束会发散，因此当凸面曲率半径较小时，光束发散较为严重，为了能够清晰分辨反射光斑，光阑距离腔镜的距离不能太远；2）必须要注意区分反射光斑哪一个是凸面反射，哪一个是平面反射。思考怎样判定反射光斑哪一个是平面，哪一个是凸面。另外还必须注意，当平凸面镜作为输出镜时，调节时应尽量使平面的反射光斑也靠近或返回小孔光阑，以减小输出镜对于输出光束的影响（由于存在偏心差，入射光束并不一定入射到平凸镜几何中心）。

2.2 薄透镜的调节

薄透镜的调节较为麻烦,这里简要介绍凸透镜和凹透镜的调节。透镜调节必须保证光束透过光心，且和光轴重合。

1. 薄凸透镜的调节

薄凸透镜调节装置如图所示，包括待调节透镜和光屏，由于光线经过透镜后，光束会先汇聚再发散，当光屏较远或透镜焦距较小时，光束发散，光屏上光斑较大，为了提高调节精度，可在光屏表面贴如上图所示同心圆靶（同心圆靶可以在计算机上画后打印），以准确确定光斑方位。调节时，可以在不加透镜时，放置同心圆靶，调节圆靶的上下或左右位置，使准直光束照射在圆靶中心；然后放置透镜，通过上下或左右移动透镜，使光束照射圆靶中心，

思考此时可断定入射光经过透镜哪一点？并调节透镜的俯仰角使透镜两表面反射光束返回小孔光阑，如果不能严格返回也要尽量使两反射光斑重合并靠近小孔光阑。

2. 薄凹透镜的调节

薄凹透镜调节装置与薄凸透镜调节装置相近，只不过待调节透镜变为薄凹透镜。调节方法与薄凸透镜调节方法也相近，在不加透镜时，放置同心圆靶，使准直光束照射在圆靶中心；然后放置透镜，通过上下或左右移动透镜，使光束照射圆靶中心，并调节透镜的俯仰角使透镜两表面反射光束返回小孔光阑，如果不能严格返回也要尽量使两反射光斑重合并靠近小孔光阑。

三．实验内容

1. 建立高度为50 mm与光学平台平行的准直光束。（光线位于M,N两点上方）

2. 利用准直光束调节平面镜（利用平凹透镜的平面作为反射面）

3. 利用准直光束调节凹面镜（利用平凹透镜的凹面作为反射面）

4. 利用准直光束调节凹透镜镜

5. 利用准直光束调节凸透镜

预习思考题

1.在图3所示装置中光阑距离反射镜距离对调节精度有何影响？

2.思考在图3（b）中，将光阑由紧贴反射镜位置逐渐远离反射镜，前后两面反射光斑会发

生怎样的变化？