激光原理实验
激光原理实验
激光原理实验指导老师陈钢1实验目的：加深对激光原理理论概念的认识和理解，培养实验动手能力。
2实验内容：（1）谐振腔参数认识、调节，调节外腔式He-Ne激光器，使其激光输出，并达到最大值，记录相关实验结果，包括工作电流和激光功率；（2）光学谐振腔的稳定范围；（3）激光输出功率随激光管在腔内位置变化的关系；（4）波长选择，通过选频元件，调出可能的5条谱线，记录波长和相对功率；（5）横模特征观测与判断。
此5个内容，第一个大家都要做一遍，其余四个选两个做，但最好分配好，把每个内容都做到。
3实验原理：实验从调整基本装置开始，这部分内容老师讲解。
只要调整好基本装置，就可以开始下面的各项实验。
3.1光学稳定性He-Ne激光器的光学谐振腔是根据激活介质Ne以及所要求的光束质量而设计的。
稳定性的目标就是要获得尽可能好的光束输出，也就是基模高斯光束TEM 00模式。
一般来说，要获得高功率输出和较好的光束质量是两个相矛盾的要求，因为高功率输出需要较大的激活体积，而基模运转时的激活体积却被限制在他所要求的模体积之内。
这也就说明了为什么平凹腔对He-Ne激光器是最佳的结构。
3.2光学谐振腔的稳定范围；实验可以这样进行，在激光稳定运转过程中，通过改变球面镜的位置，直到激光不能产生为止。
球面镜位置改变的具体方法为：把球面镜调节支架上的固定螺丝轻微松动，同时又使得它能够在轨道上保持静止不动。
位置改变过程尽量保持不要破坏激光的振荡。
重新固定调节支架到新的位置，并且通过调节球面镜的垂直和水平调节螺丝，使得激光功率重新达到最大值。
重复这些过程，直到达到一个不能获得激光震荡的新位置为止。
测量此时两面镜子的距离，并与由稳定性条件给出的最大距离L进行比较。
0乞g l乜2乞1g i =1and g2 =1 丄R i R212实验的测量方法如下，松开激光管支架的固定螺丝，使得它的位置可以在轨道上改变。
第一步准直已经调节好了，在这个实验中要保证激光管支架的机械轴要和准直光给出的光轴重合。
激光原理及应用实验报告(有详细答案)
实验一测定空气折射率一、实验目的1、熟练掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法；2、学会调出非定域干涉条纹，并测量常温下空气的折射率。
二、实验原理本实验室建立在迈克尔逊干涉光路的基础上来做的。
激光束经短焦距凸透镜会聚后可得到点光源S，它发出球面波照射干涉仪，经G1分束，及M1、M2反射后射向屏H的光可以看成由虚光源S1、S2发出的。
其中S1为点光源S经G1及M1反射后成的像，S2为点光源S经M2及G1反射后成的像。
这两个虚光源S1、S2发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。
我们称这种干涉为非定域干涉。
随着S1、S2与屏H的相对位置不同，干涉条纹的形状也不同。
当屏H与S1、S2连线垂直时（此时M1、M2大体平行），得到园条纹，圆心在S1、S2连线与屏H的交点O处。
当屏H与S1、S2连线垂直平分线垂直时（此时M1、M2于H的距离大体相等），将得到直线条纹。
图1 实验装置三、实验方法和步骤1、测空气的折射率调出非定域条纹干涉后，改变气室AR的气压变化错误！未找到引用源。
，从而使气体折射率改变错误！未找到引用源。
，引起干涉条纹“吞”或“吐”N条。
则有错误！未找到引用源。
，于是得错误！未找到引用源。
（1）其中D为气室烦人厚度。
理论上，温度一定，气压不太大时，气体折射率的变化量错误！未找到引用源。
与气压变化量错误！未找到引用源。
成正比：错误！未找到引用源。
（常数）故错误！未找到引用源。
p，将式（1）代入可得错误！未找到引用源。
2、实验步骤1）将各器件夹好，靠拢，调等高。
2）调激光光束平行于台面，按图所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩束器）。
3）调节反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。
4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。
5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为△p。
6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零。
7）计算实验环境的空气折射率四、实验数据与处理五、思考题1、实验中怎样才能观察到非定域的直条纹和双曲线条纹？答：直接用激光加扩束镜干涉前不加毛玻璃，干涉后在毛玻璃屏上观察。
激光_光学实验报告
一、实验目的1. 熟悉激光的基本原理和应用。
2. 掌握激光器的基本结构和工作原理。
3. 学习使用激光器进行光学实验，观察激光的传播、干涉、衍射等现象。
4. 提高实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理1. 激光原理：激光是一种相干光，具有单色性好、方向性好、亮度高等特点。
激光的产生基于受激辐射原理，即当高能粒子（如电子）跃迁到高能级时，受到特定频率的光子激发，产生相同频率的光子，从而实现光的放大。
2. 激光器基本结构：激光器主要由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
增益介质提供受激辐射的粒子，光学谐振腔形成驻波，放大受激辐射的光子，激励能源提供粒子跃迁所需的能量。
三、实验仪器与设备1. 实验仪器：激光器、光具座、分光计、干涉仪、衍射光栅、法布里-珀罗干涉仪等。
2. 实验设备：电源、计算机、数据采集卡等。
四、实验内容与步骤1. 激光器基本特性实验（1）观察激光束的传播：将激光器放置在光具座上，调整激光器使其发出的激光束垂直于光具座，观察激光束在空气中的传播情况，记录激光束的传播路径和形状。
（2）测量激光束的功率：使用激光功率计测量激光束的功率，记录数据。
2. 激光的干涉现象实验（1）双缝干涉实验：搭建双缝干涉实验装置，调整双缝间距和光源位置，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
（2）白光干涉实验：将白光通过狭缝，形成单缝衍射图样，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
3. 激光的衍射现象实验（1）单缝衍射实验：搭建单缝衍射实验装置，调整单缝宽度，观察衍射图样，记录衍射图样的形状和宽度。
（2）光栅衍射实验：搭建光栅衍射实验装置，调整光栅常数，观察衍射图样，记录衍射图样的形状和宽度。
4. 法布里-珀罗干涉仪实验（1）观察法布里-珀罗干涉仪的原理：搭建法布里-珀罗干涉仪实验装置，调整干涉仪，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
（2）测量干涉仪的腔长：通过调整干涉仪的腔长，观察干涉条纹的变化，记录腔长与干涉条纹间距的关系。
激光原理设计实验报告
激光原理设计实验报告激光（Laser）是一种通过光的放大方式产生高度聚焦、单色、相干光束的装置。
激光的原理设计实验报告如下。
一、实验目的：1. 了解激光的原理和产生方式；2. 学习激光器件的结构和工作原理；3. 掌握激光器的基本性能测试方法。
二、实验器材与材料：1. He-Ne氦氖激光器；2. 实验室实验平台和支架；3. 条纹测量仪；4. 探测器。
三、实验原理：激光是由光子组成的一束光，其产生原理基于三个主要的过程：激发、放大和反射。
具体来说，激光器中的激光介质（如气体、固体或液体）会被外部能量的输入激发，并产生光子。
光子随后经过光学腔的多次反射，逐渐增强并获得高度同步、相干和单色性。
最终，激光束通过输出镜从激光器中发射出来。
四、实验步骤：1. 激活激光器并将其预热；2. 调整激光器的光路径，使光束通过实验平台上的条纹测量仪；3. 使用探测器测量激光束的光强。
五、实验结果与分析：通过实验，我们可以观察到激光束的明亮光点，在满足一定条件下，激光可以成为一条明亮的光线。
六、实验讨论：1. 讨论激光器的结构和工作原理；激光器一般由一个激光介质和一个光学腔组成。
激光介质可以是气体、固体或液体，而光学腔则由两个反射镜组成。
光学腔的一个反射镜是部分透明的，用于将部分光子耗尽，形成激光输出。
当激光器受到外部能量的激发时，激光介质的原子或分子会被激发到较高的能级，并随后通过受激辐射返回基态，产生光子。
光子在光学腔内进行多次反射，逐渐形成一束同步、相干和单色的激光束。
2. 讨论激光束的特性及其应用；激光束具有高度聚焦、单色性、相干性以及高能量密度的特性。
这些特性使得激光在多个领域有广泛的应用，包括激光加工、激光打标、激光医学治疗、激光测距等。
七、实验总结：本实验通过对激光的原理和产生方式的研究，了解了激光器件的结构和工作原理，掌握了激光器的基本性能测试方法。
激光的特性使其在科学研究和实际应用中具有重要的作用，本实验可作为深入学习激光原理的基础。
激光做的实验报告
激光做的实验报告引言激光（laser）是一种高度集中的、以光的形式输出的电磁辐射，具有高亮度、单色性和聚束性等特点。
激光在科学研究、医学、通信等领域有着广泛的应用。
为了深入理解激光的性质和特点，本实验利用激光进行了一系列实验。
实验目的1. 掌握激光的原理和基本性质；2. 了解激光的衰减特性和聚焦效应；3. 观察激光干涉和衍射现象。
实验器材1. 激光器2. 干涉仪3. 衍射装置4. 表面粗糙度测量仪实验步骤1. 实验一：激光的特性观察1. 打开激光器电源，调整合适的工作模式；2. 用屏障遮挡激光，观察激光的不可见性和直线传播特性；3. 用烟雾等物质使激光束可见，观察激光的亮度和聚束特性。
2. 实验二：激光光束的衰减特性1. 准备一段适量长的光学纤维；2. 分别将一端对准光源和光测器，记录光测器的光强；3. 逐渐往光源的方向增加一定长度的纤维，记录不同距离的光强；4. 利用实验数据，绘制光强与光传播距离的曲线。
3. 实验三：激光干涉和衍射现象1. 设置干涉仪的光路，调整合适的位置和角度；2. 观察干涉纹的产生和特点；3. 改变光源、干涉仪的角度或波长，观察干涉纹的变化；4. 放置衍射装置，观察衍射光的分布。
4. 实验四：表面粗糙度测量1. 准备一块具有不同表面粗糙度的材料；2. 利用衍射装置，观察和测量不同材料的衍射花样；3. 根据衍射花样的特点，计算材料的表面粗糙度。
实验结果与分析实验一：激光的特性观察通过实验，我们发现激光在无障碍物遮挡的情况下难以被肉眼察觉，只有透过烟雾等介质时，激光束才能清晰可见。
这表明激光束具有高度的单色性和方向性。
此外，我们还观察到激光的亮度在一定程度上随着聚束程度的增加而增强。
实验二：激光光束的衰减特性实验结果显示，随着光传播距离的增加，光强逐渐减小。
并且，通过光强与距离的关系曲线，我们可以计算出光在光学纤维中的衰减常数，从而评估纤维的质量和性能。
实验三：激光干涉和衍射现象我们观察到干涉纹的产生和特点。
激光原理实验
激光原理实验激光安全须知实验一Nd3+:YAG激光器的安装与调试实验二Nd3+:YAG激光器参数测量实验三高斯光束远场发散角测量实验四氦氖激光器模式测量实验五电光调Q脉冲YAG激光器实验六KTP晶体倍频YAG激光器实验七YAG激光放大器激光安全须知1 大功率调Q脉冲激光装置所在地应有明确标志，非实验人员不得进入激光工作区域。
2 不可直视激光束(迎着激光束射来的方向看)和它的反射光束，不允许对激光器件做任何目视的准直操作。
3 对于不可见的红外激光束，实验者更应了解实验的光路布局，并避免使自己的头部保持在激光束高度所在的水平面内。
4 实验区域内不应存在任何带有闪亮表面的物体。
实验者应从身上除去此类饰物、手表与徽章等。
5 不可在有激光照射的情况下移动任何反射镜、光阑、能量汁探头和光谱仪器等。
6 不允许将激光束瞄准任何人体、动物、车辆、门窗和天空等。
对于由此而带来的对目的物的伤害，操作者负有法律责任。
7 不得在未停机或未确认储能元件均已放电完毕的情况下检修激光设备，避免造成电击伤害。
实验一Nd3+:YAG激光器的安装与调试一、实验目的1、通过对Nd3+:Y AG激光器的安装与调试熟悉固体激光器的结构和工作原理。
2、学会调整光学谐振腔的基本方法。
3、要求将激光器调整到有最佳输出状态。
二、仪器设备YAG棒：φ6Х80mm 脉冲氙灯：φ6Х80mm 半反镜透过率：T=80%谐振腔长：500mm 储能电容：100μF 聚光腔：1个激光电源：1台水冷设备：一套光学平台及支架：一套黑相纸：若干红光LED指示光源光源：一支小孔光阑：一个三、实验原理1、固体激光器基本结构YAG 棒图1、固体激光器基本结构固体激光器主要由工作物质，激励源和光学谐振腔三部分组成，其结构如图1。
本实验用激光器，工作介质φ6×80mm，泵灯为脉冲氙灯，尺寸为φ7×80mm，聚光腔采用镀银金属腔。
聚光腔的作用是使光泵发出的光更有效地集中照射到工作物质上，从而提高激光器的总体效率。
激光原理固体实验报告
1. 理解激光的产生原理，掌握固体激光器的工作机制。
2. 熟悉固体激光器的基本组成及其工作过程。
3. 学习使用激光器进行实验操作，观察激光输出特性。
二、实验原理激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射原理产生的高亮度、单色性好、方向性强的光。
固体激光器是利用固体激光材料作为工作物质的激光器，具有体积小、使用方便、输出功率大等特点。
固体激光器的工作原理如下：1. 激活离子吸收外界能量（如光、电、声等）后，从低能态跃迁到高能态，形成激发态。
2. 激发态的粒子是不稳定的，会自发地回到低能态，同时发出光子，称为自发辐射。
3. 当有外来光子与激发态粒子相遇时，激发态粒子会受激发射，产生与入射光子位相、频率和方向一致的光子，从而实现光的放大。
4. 激光器中的谐振腔使光在激光工作物质中多次往返，光子与激发态粒子发生受激辐射，使光强度不断放大。
三、实验仪器与材料1. 固体激光器（如红宝石激光器）2. 激光功率计3. 激光探测器4. 光谱分析仪5. 激光工作物质（如红宝石晶体）6. 反射镜片7. 光学支架1. 将固体激光器安装在光学支架上，确保激光器稳定。
2. 将激光功率计和激光探测器分别连接到激光器输出端和探测器位置。
3. 打开激光器电源，调节工作物质和反射镜片，使激光输出稳定。
4. 观察激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强。
5. 使用光谱分析仪分析激光光谱，观察激光的波长和线宽。
6. 改变激光器的工作条件，如工作物质温度、泵浦功率等，观察激光输出特性的变化。
五、实验结果与分析1. 激光功率和光强：实验过程中，激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强稳定，说明激光器工作正常。
2. 激光光谱：光谱分析仪显示的激光光谱呈现红宝石激光特有的红色谱线，波长约为694.3nm，线宽较窄，说明激光单色性好。
3. 激光输出特性：改变工作物质温度和泵浦功率，观察激光功率和光强的变化。
激光演示实验报告
一、实验目的1. 了解激光的基本原理和特性；2. 掌握激光演示实验的基本操作步骤；3. 通过实验观察激光在不同介质中的传播、反射、折射等现象；4. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、实验原理激光是一种高度相干、单色、方向性强的光。
激光的产生基于受激辐射原理，即当光子与物质相互作用时，会引发物质中电子的跃迁，产生新的光子，这些光子与入射光子具有相同的频率、相位和传播方向。
激光具有以下特性：1. 单色性：激光的频率非常集中，接近于某一特定波长；2. 相干性：激光的相位差很小，光波之间的干涉现象明显；3. 方向性：激光的传播方向几乎不变，发散角很小。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：激光演示器、光学平台、分光计、白屏、滤光片、透镜、光栅等；2. 实验材料：激光演示器电源、光学平台配件、实验指导书等。
四、实验步骤1. 激光演示器安装：将激光演示器放置在光学平台上，确保其稳定；2. 光路搭建：根据实验需求，搭建实验光路，包括激光器、分光计、透镜、光栅等；3. 激光束调节：调节激光演示器，使激光束垂直照射到白屏上；4. 实验观察与记录：（1）观察激光束的直线传播：调整激光演示器，使激光束垂直照射到白屏上，观察激光束在白屏上的光斑大小和形状，记录实验数据；（2）观察激光束的反射现象：将平面镜放置在激光束的传播路径上，观察激光束在平面镜上的反射现象，记录实验数据；（3）观察激光束的折射现象：将透镜放置在激光束的传播路径上，观察激光束在透镜上的折射现象，记录实验数据；（4）观察激光束的色散现象：将光栅放置在激光束的传播路径上，观察激光束在光栅上的色散现象，记录实验数据；（5）观察激光束的衍射现象：将狭缝放置在激光束的传播路径上，观察激光束在狭缝上的衍射现象，记录实验数据。
五、实验结果与分析1. 激光束的直线传播：在实验中，激光束在白屏上的光斑大小和形状基本保持不变，说明激光束具有良好的直线传播特性；2. 激光束的反射现象：在实验中，激光束在平面镜上的反射现象明显，说明激光束具有良好的反射特性；3. 激光束的折射现象：在实验中，激光束在透镜上的折射现象明显，说明激光束具有良好的折射特性；4. 激光束的色散现象：在实验中，激光束在光栅上的色散现象明显，说明激光束具有良好的色散特性；5. 激光束的衍射现象：在实验中，激光束在狭缝上的衍射现象明显，说明激光束具有良好的衍射特性。
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激光技术及应用实验
Lasers Experiments
一、实验课简介
本课程是面向应用物理学专业学生开设的一门学科基础课程，在第五学期开设。
本实验是在本科生接受了大学物理等系统实验方法和实验技能训练的基础上开设的，主要与理论课程《激光技术与应用》同步，训练学生的自主设计能力。
该课程具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。
它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。
二、实验课目标
进一步加强学生的基本科学实验技能的培养，提高学生的科学实验基本素质，并与理论课程的教学融汇贯通，加深对理论课程学习的理解。
通过本课程的学习，要使学生熟悉激光器的基本工作原理、激光振荡及放大的条件、高斯光束的变换，熟练使用几种常用激光器，如氦氖激光器、半导体激光器、脉冲激光器和可调谐燃料激光器。
使学生通过实际动手操作，掌握激光器的一般构造，加深对激光特性的理解，了解激光在精密测量中的使用。
培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。
提高学生的科学素养，培养学生积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作的优良品德。
三、实验课内容
实验项目一：气体激光器（3学时）
1. 实验属性：综合性实验。
2. 开设要求：必开。
3. 教学目标：
（1）掌握气体激光器的主要结构和原理；
（2）掌握气体激光器的调节方法；
（2）了解激光输出的特性及其测量；
（3）了解高斯光束的传播规律，掌握光束基本特性的测量。
4. 主要实验仪器设备：游标卡尺、开放式He-Ne激光器等。
5. 实验内容（至少做两个子项目）：
（1）调节He-Ne激光器的谐振腔镜，获得激光稳定输出；
（2）测量激光光束的发散角和束腰半径（选作）；
（3）测量激光激励电压与激光输出功率之间的相互关系（选作）；
（4）进行简单的高斯光束变换（选作）。
实验项目二：固体连续激光器（3学时）
1. 实验属性：综合性实验。
2. 开设要求：必开。
3. 教学目标：
（1）掌握固体激光器的主要结构和原理；
（2）了解固体激光器的结构、阈值、选模；
（3）学习谐振腔长度对激光选模的影响。
4. 主要实验仪器设备：Nd:YAG激光器、光功率计、CCD相机等。
5. 实验内容：
（1）调节Nd：Y AG激光器的谐振腔长度，获得稳定的激光模式；
（2）利用CCD相机拍摄不同激光模式的光斑；
（3）测量谐振腔长度与激光输出功率之间的相互关系。
实验项目三：脉冲激光器（3学时）
1. 实验属性：综合性实验。
2. 开设要求：必开。
3. 教学目标：
（1）熟悉脉冲激光器与广电调Q的工作原理；
（2）测量静态输出特性，了解谐振腔对激光器输出特性的影响，并掌握调试方法；
（3）测试光电Q开关的消光特性，以及对激光器输出特性的影响
4. 主要实验仪器设备：脉冲Nd:Y AG激光器、光电调Q开关、光脉冲能量计、倍频晶体、滤波片、数字示波器等。
5. 实验内容：
（1）调试静态脉冲激光器；
（2）提高激光器的输出频率；
（3）压缩输出激光脉冲宽度，提高脉冲峰值功率；
（4）测量脉冲宽度与激光功率之间的对应关系。
实验项目四：半导体激光器（3学时）
1. 实验属性：综合性实验。
2. 开设要求：必开。
3. 教学目标：
（1）通过实验熟悉半导体激光器的光学特性；
（2）掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节；
（3）根据半导体激光器的光学特性考察其在光电技术方面的应用。
4. 主要实验仪器设备：半导体激光器、可调电源、偏振片、光学升降台、功率计、准直透镜、光谱分析仪。
5. 实验内容：
（1）调节准直透镜使半导体激光器输出光路近似准直；
（2）改变电源电流，观察激光器输出功率变化，做出P-I曲线；
（3）测量半导体激光器的发散角、偏振度；
（4）测试半导体激光器的光谱特性。
实验项目五：光泵浦激光器（3学时）
1. 实验属性：综合性实验。
2. 开设要求：必开。
3. 教学目标：
（1）熟悉LD泵浦固体激光器的基本原理；
（2）掌握激光器的主要参数、光斑尺寸、远场发散角及调整方法。
4. 主要实验仪器设备：半导体泵浦激光器原理实验装置主机、刀口部件、准直透镜、功率计。
5. 实验内容：
（1）调节半导体激光器及反射元件的光斑重合；
（2）测量激光器的光斑尺寸和远场发散角；
（3）测量泵浦光源的输出功率和固体的激光器输出功率之间的对应关系，并绘制P in-P th曲线；（4）利用双斜率法测量阈值功率。
实验项目六：激光测距实验（3学时）
1. 实验属性：综合性实验。
2. 开设要求：必开。
3. 教学目标：
（1）了解激光测距仪的构成；
（2）掌握激光测距仪的基本原理；
（3）学会脉冲法和相位法的距离计算方法。
4. 主要实验仪器设备：脉冲激光器、调制器、反射镜、连续激光器等。
5. 实验内容：
（1）调整分光镜、反射镜，使得光路准直；
（2）利用脉冲法进行距离测量，并计算待测距离；
（3）利用相位法进行距离测量，并计算待测距离。
四、实验课实施
1.成绩考核
（一）期末考核采用课程论文的形式，主要考查内容为激光技术的发展动态、相关应用等知识。
（二）成绩评定：
2.平时成绩30%+期末考核成绩70%。
3.平时成绩主要依据考勤、预习、操作和实验报告等情况。
2.教学资料
（1）教材：
[1] 周炳琨, 高以智, 陈倜嵘. 《激光原理(第6版)》. 北京：国防工业出版社，2009
（2）参考书：
[1] Orazio Svelto. 《激光原理(第4版)》. 北京：世界图书出版公司，2008
五、实验项目汇总表
《激光技术及应用实验》，34学时。