激光实验讲义
激光实验-非线性光学讲义
固体激光倍频与和频一、实验目的：1、了解激光倍频的原理和意义；2、了解角度匹配的原理及调节方法；3、掌握KTP晶体（KTiOPO4磷酸氧钛钾）的匹配类型及匹配角度；4、了解KTP晶体匹配角的计算方法；5、掌握倍频效率的测量方法及倍频效率随注入能量的变化规律。
二、实验原理：1.非线性光学基础光与物质相互作用的全过程，可分为光作用于物质．引起物质极化形成极化场以及极化场作为新的辐射源向外辐射光波的两个分过程．原子是由原子核和核外电子构成，当频率为ω的光入射介质后，引起介质中原子的极化，即负电中心相对正电中心发生位移r形成电偶极矩其中e是负电中心的电量,我们定义单位体积内原子偶极矩的总和为极化强度矢量P，N是单位体积内的原子数．极化强度矢量和入射场的关系式为：其中χ（1），χ（2），χ（3）…分别称为线性极化率．二级非线性极化率．三级非线性极化率…．并且χ（1）》χ（2）》χ（3）在一般情况下．每增加一次极化，χ值减小七八个数量级．由于入射光是变化的．其振幅为以极化强度也是变化的．根据电磁理论．变化的极化场可作为辐射源产生电磁波——新的光波．在入射光的电场比较小时(比原子内的场强还小)，χ（2），χ（3），等极小，P与E成线性关系为：P=χ（1）E。
新的光波与入射光具有相同的频率．这就是通常的线性光学现象．但当入射光的电场较强时．不仅有线性现象．而且非线性现象也不同程度地表现出来．新的光波中不仅含有入射的基波频率．还有二次谐坡．三次谐波等频率产生，形成能量转栘．频率变换．这就是只有在高强度的激光出现以后，非线性光学才得到迅速发展的原因．2．二级非线性光学效应虽然许多介质都可产生非线性效应，但具有中心结构的某些晶体和各向同性介质(如气体)，由于{10-3}式中的偶级项为零,只含有奇级项(最低为三级)，因此要观测二级非线性效应只能在具有非中心对称的一些晶体中进行，如KDP(或KD*P)、LiNO3晶体等。
激光拉曼实验讲义
激光拉曼实验讲义实验七激光拉曼实验预习思考题：1.什么叫瑞利散射线、斯托克斯线和反斯托克斯线，它们各⾃产⽣的原因是什么？2.拉曼光谱仪中的聚光镜、集光镜的作⽤分别是什么？3.简述如何实现单光⼦计数？⼀、实验⽬的1.了解拉曼散射的基本原理；2.学习使⽤拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析⽅法。
⼆、实验原理当波束为0ν的单⾊光⼊射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有⼀部分被散射。
按散射光相对于⼊射光波数的改变情况，可将散射光分为三类：第⼀类，其波数基本不变或变化⼩于5110cm --，这类散射称为瑞利散射；第⼆类，其波数变化⼤约为10.1cm -，称为布利源散射；第三类是波数变化⼤于11cm -的散射，称为拉曼散射；从散射光的强度看，瑞利散射最强，拉曼散射最弱。
在经典理论中，拉曼散射可以看作⼊射光的电磁波使原⼦或分⼦电极化以后所产⽣的，因为原⼦和分⼦都是可以极化的，因⽽产⽣瑞利散射，因为极化率⼜随着分⼦内部的运动（转动、振动等）⽽变化，所以产⽣拉曼散射。
在量⼦理论中，把拉曼散射看作光量⼦与分⼦相碰撞时产⽣的⾮弹性碰撞过程。
当⼊射的光量⼦与分⼦相碰撞时，可以是弹性碰撞的散射也可以是⾮弹性碰撞的散射。
在弹性碰撞过程中，光量⼦与分⼦均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图7-1（a ）；在⾮弹性碰撞过程中光量⼦与分⼦有能量交换，光量⼦转移⼀部分能量给散射分⼦，或者从散射分⼦中吸收⼀部分能量，从⽽使它的频率改变，它取⾃或给予散射分⼦的能量只能是分⼦两定态之间的差值12E E E ?=-，当光量⼦把⼀部分能量交给分⼦时，光量⼦则以较⼩的频率散射出去，称为频率较低的光（斯托克斯线），散射分⼦接受的能量转变成为分⼦的振动或转动能量，从⽽处于激发态1E ，如图7-1（b ），这时的光量⼦的频率为0ννν'=-?；当分⼦已经处于振动或转动的激发态1E 时，光量⼦则从散射分⼦中取得了能量E ?（振动或转动能量），以较⼤的频率散射，称为频率较⾼的光（反斯托克斯线），这时的光量⼦的频率为0ννν'=+?。
激光优秀PPT讲义
传播很远距离能保持一定 激光雷达
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产生高压引起核聚变
人工控制聚变反 应
激光
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
某些物质的原子中的粒子受光或电 刺激,使低能级的原子变成高能级原 子,而辐射出相位、频率、方向等完 全相同的光,这种光叫作激光，
• 气体激光器:最常见的是氦氖激光器,另一种 典型代表是氩离子激光器
• 固体激光器:红宝石激光器,钇铝石榴石激光 器
• 液体、化学和半导体激光器
• 隐身和变色激光器:二氧化碳激光器,可称隐 身人,因为它发出的激光波长为10.6微米,身 处红外区,肉眼不能觉察; 确实能变色,只要 转动一个激光器上的旋钮,就可以获得红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的激光，
二、激光特性
特点 作用
应用实例
相干光 可进行调制、传递信息 光纤通信
3-氦氖激光模式分析讲义
4l d = kλ d = (k + 1)λ a ，
(2.7)
即 k 序中的 λ d 和 k+1 序中的 λ a 同时满足极大条件， 两种不同的模被同时扫除， 叠加在一起， 因此扫描干涉仪所能扫除的不重序的波长范围限制。所谓自由光谱范围（S。R）就是指扫 描干涉仪所能扫出的不重序的最大波长差或频率差， 用 ∆λ s . R 或 ∆ vs . R 表示。 假如上例中 l d 为 刚刚重序的起点，则 λ d - λ a 即为此干涉仪的自由光谱范围值。经推导，可得
4
的重要作用。 ①
% %
%
%
R1
R2
% % %
②
%
%
图 2.6 扫描干涉仪内部结构示意图 共焦球面扫描仪是一个无源谐振腔， 由两块球行凹面反射镜构成共焦腔。 即两块镜的曲 率半径和腔长相等 R1=R2= l 。反射镜镀有高反射膜。两块镜中的一块是固定不变的，另一块 固定在可随外加电压而变化的压电陶瓷环上。 如图 2.6 所示图中①为低澎湃系数制成的间隔 圈，用以保持俩球形凹面反射镜 R1 和 R2 总是处在共焦状态。②为压电陶瓷环，其特性是若 在环的内外壁上加一定数值的电压， 环的长度将随之发生变化， 而且长度的变化量与外加电 压的幅度成线性关系，这正是扫描干涉仪被用来扫描的基本条件。由于长度变化量很小，仅 为波长数量级，它不足以改变腔的共焦状态。但当线型关系不好时，会给测量带来一定的误 差。 扫描干涉仪有俩个重要的性能参数， 即自由光谱范围和精密和细常数常要用到， 下面分 别对他们进行讨论。 （1）自由光谱范围 当一束激光以近光轴方向射入干涉仪后， 在共焦腔中竟四次反射呈 X 形路径， 光程近似
He-Ne 激光器的模式分析（参考讲义）
相对一般光源，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。这样窄的谱线，并不是从能级受激辐射就自然形成了，而是受激辐射后又经过谐振腔等 多种机制的作用和相互干涉，最后形成的一个或多个离散的、稳定的又很精细的谱线，这些 谱线就是激光器的模。每个模对应一种稳定的电磁场分布，即具有一定的光频率。而相邻两 个模的光频率相差很小， 我们用分辨率比较高的分光仪器可以观测到每个模。 当从与光输出 的方向平行（纵向）和垂直（横向）两个不同的角度去观测和分析每个模式，发现又分别具 有许多不同的特性，因此，为方便称呼，每个模又可以相应称做纵模和横模。 在激光器的生产与应用中，我们常常需要先知道激光器的模式状况，如定向、精密测 量、 全息技术等工作需要基横模输出的激光器， 而激光稳频和激光测距离等不仅要基横模而 且要求单纵横运行的激光器，因此，进行模式分析是激光器一项基本又重要的性能测试。 本实验是以几支具有不同模式的 He-Ne 激光器为例，从它们展示出的频谱结构入手， 来分析和研究激光器不同的纵模、不同的横模所具有的场分布特征，从而得出纵横个数、纵 模频率间隔、横模个数、横模频率间隔、横模模序等结果。 本实验的目的： （1）了解激光器模的形成及特点，加深对其物理概念的理解。 （2）通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。 （3）对本实验使用的重要分光仪器一共焦球面扫描干涉仪，了解其原理、性能，学会 正确的使用。 一、实验原理 1、激光器模的形成 我们知道，激光器的三个基本组成部分是增益介质、谱振腔、激励能源。 0 如果用某种激励方式，将介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，由于自发辐射和 受激辐射的作用，将有一定频率的光波产生，在腔内传播，并被增益介质逐渐增强、放大， 见图 2.1。被传播的光波绝不是单一频率的（通常所谓某一波长的光，不过是指光中心波长 而已） 。因能级有一定宽度，又有粒子在谐振腔内运动受多种因素的影响，实际激光器输出 的光谱宽度是自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽叠加而成。不同类型的激光器，工作条件不 同，以上诸影响有主次之分。例如低气压、小功率的 He-Ne 激光器 6328Ǻ 谱线，则以多普 勒增宽为主，增宽线型基本呈高斯函数分布，宽度约为 1500MHz，见图 2.2.只有频率落在展 宽范围内的光在介质中传播时， I（v） N2 hv N1 hv hv E1
最新激光原理-激光技术教学讲义ppt
图21.1. -73 Q开关激光脉冲建立过程
在泵浦过程的大部分时间里谐振腔处于低Q值(Qo)状态，故阈值很 高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至 t0时刻， 粒子数反转达到最大值△ni，在这一时刻，Q值突然升高(损耗下 降)，振荡阈值随之降低，于是激光振荡开始建立。由于此△ni >>△nt(阈值粒子反转数)，因此受激辐射增强非常迅速，激光介质 存储的能量在极短的时间
设三个振动频率分别为ν1 、 ν2 、 ν3 的三个光波沿同一方向传播，
且有关系式： ν3=3ν1，
ν2= 2ν1 , E1 = E 2 =E3 = E0
若相位未锁定，则此三个不
E(t)
v3=3v1, v2=2v1， 初相位无 规 律
E0
-E0
I(t)
v2 v3
v1
同频率的光波的初位相 1 、 2 、 3 彼此无关，如左图， 由于破坏性的干涉叠加，所
可以推得总光强：
N 2
E
2 m
该式说明了平均光强是各个纵模光强之和,每
个脉冲的宽度 约为：
1
q
假如各个模的振幅及相位都固定，也可推得输出脉冲的峰值功率
正比于
N
2
E
2 0
，因此，由于锁模，峰值功率增大了N倍。
每个脉冲的宽度
窄的锁模脉冲。
1 1 , 可见增益线宽愈宽，愈可能得到
N q
二、锁模的基本原理 先看三个不同频率光波的叠加：Ei = E0cos(2π νi t+ i ) i=1,2,3
21世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速宽带海量的光通信以及网络通信并将引发一场照明技术革命小巧可靠寿命长节能半导体led发光将主导市场此外将推出品种繁多的光电子消费类产品如vcddvd数码相机新型彩电掌上电脑电子产品智能手机手持音响播放设备摄影投影和成像办公自动化光电设备如激光打印传真和复印等以及新型的信息显示技术产品如crtlcd及pdpfedoel平板显示器等并进入人们的日常生活中
激光原理实验讲义word
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632.8nm光束，也可以采用655nm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15cm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).矩形金属块矩形金属块带刻度钢板尺小孔标示线标示线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50mm,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50mm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50mm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）．反射镜1反射镜2MN2．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。
实验讲义_激光全息照相
实验7 激光全息照相【实验目的】1．了解全息照相的基本原理。
2．学习并掌握全息照相的基本实验技术。
【实验原理】英国物理学家伽柏（D.Gabor）在1947年，并非从三维成像（three dimensional imaging）的目的出发，而是为了提高电子显微镜（electron microscope）的分辨率，发明了全息术（holography）。
他提出用物体衍射的电子波制作全息图（hologram），然后用可见光（visible light）照明全息图来得到放大的物体像。
由于省去了电子显微镜物镜（objective），这种无透镜两步成像过程可期望获得更高的分辨率（resolution），伽柏用可见光验证了这一原理。
全息术的思想渊源来自波动光学（wave optics），全息术的发展，不仅有赖于激光（laser）的出现，还有赖于其它方面的贡献。
伽柏曾经说过：“在进行这项研究时，我站在两个伟大的物理学家的肩膀上，他们是布喇格（W.L.Bragg）和采尼克（F.Zernike）。
”这就是说，伽柏全息思想的萌生受到他们的启发。
在发明全息术的前几年，伽柏看过布喇格的“X射线显微镜（X-ray microscope）”（布喇格采用两次衍射使晶格的像重现），并注意到如若采用布喇格的方法还不足以记录傅里叶变换的全部信息。
为了解决相位记录的问题，伽柏想到了采尼克在研究透镜像差（lens aberration）时使用过的“相干背景”，即用“相干背景”作为参考波（reference wave），那么参考波与衍射波（diffraction wave）（物波（object wave））相互干涉，用照相底片记录干涉图样（interference pattern），便得到包含相位（phase）信息在内的干涉图样，此即全息图。
在全息图上，两个波相位相同处产生极大，相反处产生极小，当用参考光照明全息图时可重建物波波前（wave front）。
激光实验讲义
光电子技术实验实验一 CO 2激光器的功率测量一、 实验目的：了解CO 2激光器的基本原理、结构和功率输出特性，并掌握CO 2 激光器的操作规程和功率测量方法。
二、 实验原理：1、CO 2激光器工作原理：CO 2激光器的工作物质为CO 2气体， 辅助气体为N 2、He 、Xe 、H 2。
CO 2分子中，激光跃迁能够在多组振动能级间实现，其中较强的激光谱线对应着00 1——10 0带和00 1——02 0带的激光跃迁。
图1为与这两个带有关的CO 2分子和N 2分子的部分能级图。
00 1——10 0带和00 1——02 0带的激光跃迁的上能级是00 1振动能级 ，它是反对称振动模式的最低激发态。
激光跃迁下能级分别为10 0（对称振动模式的最低激发态）和02 0（弯曲振动模式的次最低激发态）。
00 1——10 0跃迁产生10.6m μ的辐射，00 1——02 0跃迁产生9.6m μ的辐射。
由于它们有共同的上能级，因此这两种跃迁是互相竞争的。
00 1——0 0的跃迁几率比00 1——02 0的跃迁几率大得多，因此对应于00 1——10 0跃迁的激光振荡更易实现，常用CO 2激光的波长即为10.6m μ。
事实上，纯CO 2激光器的输出功率很低，仅毫瓦量级。
加入N 2、He 、Xe 、H 2等辅助气体后，可使激光输出大大增强，这些辅助气体的作用:（1）N 2：N 2分子气体是CO 2激光器的主要辅助气体，起共振能量转移的作用，增大CO 2分子00 1能级的激发速率，显著的加大了粒子数反转分布的程度。
（2）He ：He 的热导率高，He 气对CO 2 气体有冷却作用，有利于激光下能级 10 0和02 0 的抽空，因而可增加激光跃迁能级间的粒子数反转分布的程度。
（3）Xe ：Xe 的电离电位低，Xe 的加入可以增加激光管内工作气体的电离度及CO 2分子的能量转换效率。
（4）H 2：H 2有利于激光下能级10 0和低能级0110的抽空，从而增大粒子数反转分布的程度。
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光电子技术实验实验一 CO 2激光器的功率测量一、 实验目的：了解CO 2激光器的基本原理、结构和功率输出特性，并掌握CO 2 激光器的操作规程和功率测量方法。
二、 实验原理：1、CO 2激光器工作原理：CO 2激光器的工作物质为CO 2气体， 辅助气体为N 2、He 、Xe 、H 2。
CO 2分子中，激光跃迁能够在多组振动能级间实现，其中较强的激光谱线对应着00 1——10 0带和00 1——02 0带的激光跃迁。
图1为与这两个带有关的CO 2分子和N 2分子的部分能级图。
00 1——10 0带和00 1——02 0带的激光跃迁的上能级是00 1振动能级 ，它是反对称振动模式的最低激发态。
激光跃迁下能级分别为10 0（对称振动模式的最低激发态）和02 0（弯曲振动模式的次最低激发态）。
00 1——10 0跃迁产生10.6m μ的辐射，00 1——02 0跃迁产生9.6m μ的辐射。
由于它们有共同的上能级，因此这两种跃迁是互相竞争的。
00 1——0 0的跃迁几率比00 1——02 0的跃迁几率大得多，因此对应于00 1——10 0跃迁的激光振荡更易实现，常用CO 2激光的波长即为10.6m μ。
事实上，纯CO 2激光器的输出功率很低，仅毫瓦量级。
加入N 2、He 、Xe 、H 2等辅助气体后，可使激光输出大大增强，这些辅助气体的作用:（1）N 2：N 2分子气体是CO 2激光器的主要辅助气体，起共振能量转移的作用，增大CO 2分子00 1能级的激发速率，显著的加大了粒子数反转分布的程度。
（2）He ：He 的热导率高，He 气对CO 2 气体有冷却作用，有利于激光下能级 10 0和02 0 的抽空，因而可增加激光跃迁能级间的粒子数反转分布的程度。
（3）Xe ：Xe 的电离电位低，Xe 的加入可以增加激光管内工作气体的电离度及CO 2分子的能量转换效率。
（4）H 2：H 2有利于激光下能级10 0和低能级0110的抽空，从而增大粒子数反转分布的程度。
2、CO 2激光器结构最常用的CO 2激光器的结构为封离型，由放电管、水冷管和储气管三层结构所组成，如图2所示。
常用CO 2激光器腔长一般为50cm 、80cm 、 100 cm 和150cm 等。
腔长比较长的CO 2激光器还可以做成折叠形管以缩小外形尺寸。
3、CO 2激光器的功率输出特性封离型CO 2激光器的输出功率与放电管长度成线性关系，平均每米长度可获得连续输出功率为40~ 50瓦。
气体温度对CO 2激光器输出特性影响很大，温度升高将降低粒子数反转量，使输出功率减小，因此CO 2激光器须用冷却水冷却。
放电电流小时，气体温度不高，增加放电电流可以提高激光上能级的激发速率，从而加大粒子数反转分布，使输出功率增大；∑g )000(0基态 能量（e v ）图1 CO 2和N 2部分能级图当电流增加到很大时，气体温度很高，反而会使粒子数反转量减小，使输出功率降低。
三、 实验内容：1、 CO 2激光器的操作方法:（1） 打开冷水管，使出水口稍高于进水口，排走管内空气。
或打开自循环水开关，使通水指示灯、通电指示灯亮。
（2） 使激光输出端对准待照射物体。
（3） 开启激光电源，调电压使毛细管放电，出激光。
2、 测量CO2激光器输出功率:（1） 开启功率计电源，预热30分钟，调零，置适当量程。
（2） 使激光束入射到探头，1分钟后读数（探头响应时间为20秒）。
（3） 作激光输出功率与输入电压之间关系曲线。
四、 注意事项：（1） CO 2激光器工作电压高达万伏，注意接地线以保人身安全。
（2） CO 2激光为10.6m 红外辐射,不可正对观察,亦要防止漫反射。
（3） 由于CO 2激光医疗机有聚焦装置，接收探头距离激光出射端不可过近，以免烧坏探头。
五、 思考题：1、简述CO 2激光器工作原理。
2、CO 2激光器的工作气体由哪些气体组成，各起什么作用?3、简述CO 2激光器的操作规程和注意事项。
图2 封离型激光器结构示意图实验二 激光横向位错干涉法一、实验目的：了解激光横向位错干涉法的基本原理，观察激光横向位错干涉条纹的特点。
通过实验了解激光横向位错干涉法在判断和调节激光准直方面的应用。
二、实验原理：图1为用激光横向位错干涉法判断激光准直的实验装置的水平俯视图。
选取空间直角坐标系{}z y x ,,，水平面为xz ，y 为铅垂方向，z 为激光传播方向。
铅垂y 方向在平行平面板的平面内，平行平面板可以绕y 方向旋转，其法线→n 保持在xz 水平面内。
从He －Ne 激光器出来的光束经一对准直透镜射到一块平行平面板上，当反射线和激光方向成一定角度θ时，从平板前、后两个表面反射的光束就会发生横向位移，反应在观察屏x /y 上 就是两个圆形光斑的圆心在x / 方向错开一定的距离S 。
横向位错宽度S 是随着θ角而变化的。
θ等于0o 时，S 等于0。
当θ从0o 到50o 变化时，S 逐渐增大并在50o 左右取极大值；当θ再从50o 增加时，S 又逐渐减小。
横向位错宽度S 还与平行平面板的厚度d 有关，厚度d 增加，横向位错宽度S 也增加。
一般选择平板厚度为1～2厘米比较适宜。
如果经过准直透镜的激光束还未被精确准直（即稍有发散或会聚），那末在位错圆形光斑的公共区域内就可观察到平行于位错光斑边界交线的竖直条纹（即干涉条纹在铅垂y 方向）。
调节两个准直透镜的相对位置，使激光束被精确准直时（即完全平行），干涉条纹就会消失。
据此，即可精确判断激光准直。
θxyx'图1实验装置的水平俯视图，位错光斑表示在相应的侧视图中。
Z三、实验内容：1、实验装置。
如图2所示。
2、激光准直的判断。
调节准直透镜的相对位置，直到观察到干涉条纹消失，此时激光束被精确准直。
3、激光聚焦点位置的判断。
调节平面反射镜的位置，先通过观察光斑的大小和方向，粗略判断焦点的位置，再通过观察位错干涉条纹来精确判断焦点的位置。
四、注意事项：He —Ne 激光器放电电流为5mA 。
五、思考题：1．为了使实验装置中的各光学元件同轴，应如何装配及调整各个光学元件。
2．简述用激光横向位错干涉法来判断激光准直的步骤。
3．简述用激光横向位错干涉法来判断激光聚焦点位置的步骤。
4．解释在实验中观察到的各种干涉条纹现象。
图2.激光横向位错干涉法实验装置图平面反射镜 聚焦透镜准直透镜He －Ne 激光器平行平面板实验五 利用共焦球面扫描干涉仪分析He-Ne 激光模式一、实验目的：熟悉共焦球面扫描干涉仪的原理和使用方法，掌握利用共焦球面扫描干涉仪对激光模谱进行分析的方法，并进行纵模和横模结构的分析。
二、基本原理：1、共焦球面扫描干涉仪由于激光科学的发展，迫切需要对激光器的输出光谱特性进行分析。
但激光模式的频率间隔一般都较窄，用通常的分光光度计和光谱分析法均不能将这些频率分开。
为了能对激光输出的光谱特性进行分析，基于多光束干涉原理，并以压电陶瓷作扫描元件，出现了一种共焦球面扫描干涉仪。
共焦球面扫描干涉仪由两个曲率半径相等，镀以高反射率膜层的球面反射镜组成。
其曲率半径R 和腔长L 满足:R=L (1)它实际上构成的是无源共焦谐振腔，如图1所示。
根据谐振腔理论，共焦腔的模谱分布为：)12(4+++=n m q L C m nq ν (2)其中L 为共焦腔腔长，m 、n 为横模序数，q 为纵模序数。
对于同一纵模序数，其横模间频差为：)(4n m LC ∆+∆=∆ν (3)可以看出共焦腔的共振频率有高度的简并，即2q+m+n 为同一常数的所有的模有相同的频率。
可以证明，不论什么样的高斯光束沿腔轴方向注入共焦腔，该高斯光束经共焦腔反射镜的两次反射后，将再次恢复原入射光束的全部特性。
共焦腔和任意高斯光束之间的这种匹配关系对实际使用有很大方便，只要我们使用共焦球面扫描干涉仪就可以对各种腔结构的激光器的输出光束直接进行模谱结构的分析，而无需通过透镜变换来实现模匹配。
从图1的光路我们可以看出，对于近轴入射的光束，在忽略反射镜球差的情况下光线在腔内的反射是一闭合路径，即光线在腔内往返四次以后是重入的，它们的光程差是4L 。
从图中可以看出，入射光束有两组透射光束。
（1）组是反射了4k 次，（2）组是反射了4k+2次。
可以求出透过率为极大时的条件为：λk L =4 或 k C =ν （k 为正整数） (4)（4）式成为共焦球面扫描干涉仪的干涉方程式。
从多光束干涉角度求出的（4）式，可以得出这样的结论：光束中具有满足（4）式λk L =4或k LC 4=ν的频率成分才能透过，而其他成分将被反射。
由（4）式可得：dL d L C 4k =ν (5)根据方程式（4）改变共焦腔长就可以实现光谱扫描。
共焦球面扫描干涉仪用连接在镜面上的压电陶瓷作为扫描元件。
当在压电陶瓷上加电压时，腔长将在L 附近作微小变动（约为波长数量级），该谐振腔的频M 1M 2图1共焦球面扫描干涉仪谱也随之移动，导致扫描干涉仪所允许通过的激光频率是可变的。
若此电压为周期性的锯齿波，则允许通过的激光频率将随锯齿波电压作周期性变化，也就是对激光能通过的频率作周期性扫描。
如果在扫描周期的频率范围内，包含了激光的多个模式，则在此周期时间内，这些模式将随时间先后通过扫描干涉仪，由光电接收器接收后，即可在示波器上显示出来。
当所加电压使腔长变化4λ时，由（5）（4）两式，可求出允许透过的频率的扫描范围为 LC F 4=∆ν (6)F ν∆ 称为自由光谱区。
它表征了当L 改变4λ时，扫描干涉仪所能包含的频谱范围。
扫描干涉仪的分辨率R 定义为分辨极限δλ和波长λ的比值:δλλ=R (7)扫描干涉仪的精细常数F 定义为自由光谱区F ν∆与分辨极限δλ的比值:δλλδλ∆=∆=DF (8)它表征了在自由光谱区内可分辨的光谱单元数目。
自由光谱区F ν∆，分辨率R ，精细常数F 是标志扫描干涉仪性能的重要参量。
2、激光束的频率特性由谐振腔理论可以得出，一般球面镜谐振腔的共振频率为：})]1)(1[(cos )1({2121112R L R L L C mnq n m q --+++=-πν（方形镜） (9)})]1)(1[(cos )12({121112R LR L LC plq l p q --+++=-πν（圆形镜） (10) 其中L 为腔长，1R 和2R 分别为两反射镜的曲率半径，q 为纵模序数，m 、n 为方形镜时的横模序数，p 、l 为圆形镜时的横模序数。
常用的He-Ne 激光器和CO 2激光器一般为平凹腔，由（9）、（10）两式很容易得出平凹腔的共振频率为：])1(cos )1([21112RL L C mnq n m q -+++=-πν (11)])1(cos )12([21112R L LC plq l p q -+++=-πν (12)在谐振腔内当激光束的纵向场分布稳定于某种驻波形式时，激光束的横向场分布趋于稳定，在谐振腔内就形成了稳定的模式。