十激光光学系统演示型

[实验十] 激光光学系统（演示型实验）

一、实验目的

1.了解激光器的种类

2.掌握激光器的发光原理

二、实验内容

掌握实验步骤，观察各种激光器产生的光斑现象。

三、实验仪器

CO

2

激光器、半导体甭浦激光器、Ar+激光器、He-Ne激光器、Nd:YAG激光器、导轨、小孔光阑、调节架、针孔（25μ）、显微物镜、透镜及夹持器

四、实验原理

具有代表性的典型激光器主要有气体激光器、固体激光器、半导体激光器、染料激光器等。气体激光器是以气体或蒸气作为工作物质的激光器。它是利用气体原子、分子或离子的分离能级进行工作的。气体激光器常用的泵浦方法是电激励，即令足够大的电流通过气体介质来完成泵浦的。由于气体的光学均匀性较好，较之固体激光器和半导体激光器其输出光束的质量(如单色性、相干性等)也较好。气体激光器中又包括由原子激光器、离子激光器和分子激光器。原子激光器是利用气体或蒸气形式下的中性原子作为工作物质，常见的有He-Ne激光器；离子激光器是利用气体离子激发态之间的跃迁来产生激光的一种气体激光器，常见的有Ar+激光器；分子激光器是利用未电离的气体份子作为工作物质的一种气体

激光器，如：CO

2

激光器。

固体激光器的基本组成包括工作物质、泵浦系统、谐振腔、冷却与滤光系统四部分。其中，工作物质是激光器的核心，固体工作物质是把金属离子掺入基质而形成的，发光粒子就是工作物质中的金属离子(称为激活离子)，工作物质的物理、化学性能主要决定于基质材料，而它的光谱特性则主要由激活离子的能级结

构所决定。常见的有掺钕钇铝石榴石（Nd3+:YAG）激光器 ,这是在基质Y

3Al

5

O

12

(YAG)

中掺入钕离子（Nd3+）,部分取代YAG中的钇离子（Y3+）而成为Nd3+:YAG。另外还有半导体激光泵浦激光器也属于固体激光器。

半导体激光器是以半导体材料作为激光工作物质的激光器，它具有超小型、高效率、结构简单、价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。

每一种激光器的发光机理各不相同，具体问题可具体分析。

五、实验步骤

1.观察激光光斑：

Ⅰ）接通电源；

Ⅱ）打开激光器开关，将其发出的光束投射到墙上或是接收屏上，观察光斑现象，对功率较大的激光器及非可见光波段的激光光束可用功率计进行接收（切勿将光束直接射向人体，尤其是眼部）。

2.准直扩束光斑：

Ⅰ）将半导体激光器放在导轨上，打开激光器开关，使激光器发出光束；

Ⅱ）用小孔光阑作为基准调节激光器的上下、左右位置，使光束平行于导轨；

Ⅲ）将显微物镜和针孔放在调节架上，调节架放于导轨上，并对其进行调整，使激光光束经过显微物镜后聚焦于针孔位置处；

Ⅳ）将透镜及夹持器放在导轨上，前后调节其位置，使针孔刚好位于透镜的焦点位置处，此时光束经透镜后出射的即为平行光束，观察其光斑现象。

六、实验结果展示

1）He-Ne激光器（波长为632.8nm）及其光斑现象：

2）Ar+激光器（波长为514.5nm）及其光斑现象：

3）CO

激光器（波长为10.6μm）：

2

4）Nd:YAG激光器（波长为1.06μm）及其光斑现象：

5）准直扩束系统及其光斑现象：