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。

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。

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。

四．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．实验内容：

一．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。）

二．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。