11 实验十一 He-Ne激光器实验
He-Ne激光器
实验 He-Ne 激光器性能参数的测量一、目的1．了解He-Ne 激光器的结构和各部分的作用；2．改变工作电流，观察电流和输出功率的关系；3．了解F-P 扫描干涉仪的结构和性能，掌握它的使用方法，观察激光He-Ne 激光器的输出频谱；4．学会测量输出激光偏振特性的方法。
二、原理1．激光器的调试原理激光器的调试原理是用LD 发出的光作为基准光线，使He-Ne 激光管放在该基准光线上，然后使耦和输出镜也放在该基准光线上，当激光谐振腔满足谐振条件，才能产生He-Ne 激光。
调整He-Ne 激光器与反射镜的相对位置关系，只有当谐振腔的两个反射镜均以激光器毛细管准直时，激光才有可能产生。
2．He-Ne 激光器的模式结构激光器的谐振腔具有无数个固有的、分离的谐振频率。
不同的谐振模式具有不同的光场分布。
光腔的模式可以分解为纵模和横模，它们分别代表光腔模式的纵向光场分布和横向光场分布。
用模指数q n m ,,可表示它们不同的模式。
由无源谐振腔理论，得 )]}1)(1arccos[()1(22{421R L R L n m q L c mnq --++π+η=ν (1-1) 式中，η为介质折射率；c 为真空中的光速；L 为腔长；1R 和2R 为谐振腔的两反射镜曲率半径；q 为纵模指数，一般为很大的整数；n m ,为横模指数，一般为⋅⋅⋅,2,1,0，当0==n m 时为基横模，其对应光场分布在光腔轴线上的振幅最大，从中心到边缘振幅逐渐减小，当00≠≠n m 或时，称为高阶横模。
当n m ,相同时，即对于同一阶横模，相邻纵模间隔是等间距的，其频率差为：Lc mnq q mn η=ν-ν+2)1( (1-2) 对于不同纵模（即q 值不同），虽对应不同的纵向（沿腔轴线方向）光强分布，但由于不同纵模光强分布差异极小，从光斑图样无法分辩，只能根据不同纵模对应不同频率来分析。
设对于某个纵模，其频率为：q L c q η=ν2，则不同纵模间的频率差q L c q q q ∆η=ν∆∆+2, (1-3)由于各种因素可能引起谱线加宽，使激光介质的增益系数有一频率分布，如图1.1所示，该曲线称为增益曲线。
氦氖激光器实验报告
氦氖激光器实验报告《氦氖激光器实验报告1》哎呀，老师说要做氦氖激光器实验的时候，我心里就像揣了只小兔子，既兴奋又紧张。
“这可是个超级酷的实验呢！”我对同桌说。
同桌眼睛放光，回应道：“是啊，感觉就像要去探索神秘宝藏一样。
”就像每次生日拆礼物的时候，那种期待感满满当当的。
那天走进实验室，各种仪器摆在那里，灯光有点暗黄，像是在暗示着这里即将发生神秘的事情。
我和同桌小心翼翼地走向放置氦氖激光器的地方，那感觉就像两个小探险家靠近神秘的魔法盒。
实验开始了，我们按照步骤连接线路。
“这根线插这儿对吗？”我有点不确定地问旁边的小组同学。
“我觉得是这样的。
”他挠挠头说。
这就像我们在玩拼图，每一块都得小心翼翼地放对位置。
当我们接通电源的那一刻，激光器发出了微弱的光，那光线就像黑暗中好不容易钻出来的小豆芽，那么微弱却又充满希望。
我忍不住欢呼起来：“哇，成功了一小步呢！”大家都笑了起来，那种喜悦就像在炎热的夏天吃到了最爱的冰淇淋。
这个小小的成功让我明白，哪怕是再复杂的事情，只要一步一步来，总会有收获。
《氦氖激光器实验报告2》“氦氖激光器？这名字听起来就很高级！”我刚听到这个实验项目就对朋友大喊。
朋友说：“那肯定超级有趣，就像科幻电影里的东西。
”就像我们看《星球大战》时对那些炫酷的激光武器充满向往一样。
来到实验室，那股淡淡的化学药品味道弥漫在空气中，有点刺鼻却又很熟悉，像是在提醒我这是个充满挑战的地方。
我看着那复杂的仪器设备，有点犯愁。
“这么多东西，从哪儿开始呢？”我嘟囔着。
这时老师走过来，拍拍我的肩膀说：“别慌，就像搭积木，一块一块来。
”我深吸一口气，开始摆弄那些仪器。
在调节镜片的时候，我和小组成员产生了分歧。
“我觉得应该往这边转一点。
”我坚持说。
“不，我觉得那边才对。
”他反驳道。
这就像拔河比赛，双方都不肯让步。
最后我们决定试一下我的方法，结果发现光的准直度更好了。
那一刻我特别开心，就像赢得了一场重要的比赛。
我懂得了在团队里，有时候要勇敢地坚持自己的想法。
He-Ne激光器高斯光束腰斑测量实验
He-Ne 激光器高斯光束腰斑测量一、实验目的1、加深对高斯光束物理图像的理解；2、加强对高斯光束传播特性的了解；3、掌握用CCD 法和刀口法测量高斯光束光斑大小；4、了解并掌握远场发散角的定量测量方法； 二、实验设备He-Ne 激光器、激光电源、光功率计、滤光片、衰减片、CCD 相机、光学光具座、示波器、数据采集卡、计算机等。
三、实验原理（一）CCD 测量法实验系统结构如右图所示：实验中，将光具座导轨上的CCD 相机沿着激光传播方向均匀移动，实时地记录CCD 相机在光具座标尺上的不同位置以及对应的纵向平面上的光斑尺寸。
光斑半径ω(z )---定义为在光束传播方向上z 处的横截面内圆形光斑半径，可表示为()2201,z z λωωπω⎛⎫=+ ⎪⎝⎭（1） 利用公式（1）可得 ()22001,z z ωπωλω⎛⎫=- ⎪⎝⎭（2）对于两个不同的位置12,z z ，有 222012120011,z z πωωωλωω⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥-=--- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦（3） 即： ()2222010200.z g ωπωωωωωλ⎡⎤∆=---⎣⎦ （4） 以()()000.01z g z g ωω∆-<∆+（若对精度有更高要求，可适当增加小数位数）为判据，选择适当步长逐步减小测量所得的最小光斑半径，将每次减小后的光斑半径值与测量所得任意两个刻度处的光斑半径叠带入式（4），运用光腰判据进行光腰半径的求解；同时利用0z 2z 22limπωλθθ==∞→）（可求解出远场发散角。
（二） 刀口测量法 1、实验装置如图所示2、实验原理：相比于CCD 法，刀口法适用于高功率激光的质量分析。
在理论上是根据光腰的定义（强度的21/e ）即能量下降到中心光斑能量的86.5%来测量。
但是由于刀口方向（Y 轴向）的积分范围的扩大，光束腰的界定一般以能量下降到95.4%为准。
所以在高斯激光束束腰处横截面内的强度分布可表示为：()()2202222,exp ,s s x y P I x y πωω⎡⎤+⎢⎥=-⎢⎥⎣⎦（5） 式中0P 为激光的总功率，s ω为按照强度21/e 所定义的腰斑半径。
物理实验报告_He-Ne激光器的最佳放电条件
He-Ne激光器最佳放电条件【摘要】本次实验是利用真空系统，通过研究He-Ne激光器的总气压，He、Ne的配气比和激光的放电电流对激光器的输出功率的影响从而寻找激光器的最佳放电条件。
实验中发现随着总气压，He、Ne的配气比和激光的放电电流的改变，激光的输出功率有一个极大值。
在实验数据中得到激光器在总气压为353Pa，P He:P Ne = 5.5：1，放电电流I = 7.5mA时，输出功率达到一个最大值3.95mW。
关键词：He-Ne激光器，总压强，放电电流，配气比一、引言He-Ne激光器是一种用途极为广泛的光学器件，是以He、Ne混和气体为工作物质，采用放电激励的工作方式产生一定工作频率的激光器。
其输出功率与放电条件（如气体的配气比、气体总压强、放电电流等）有密切的关系。
而研究He-Ne激光器的最佳放电条件对于制作和使用激光器来说是十分重要的。
本实验主要研究气体总压强和工作电流对He-Ne激光器的输出功率的影响，从而寻找最佳的放电条件。
二、实验原理：1、内腔式He-Ne激光器的结构图一、内腔式He-Ne激光器的结构其结构如图一所示，激光器由谐振管和放电管组成。
谐振腔由两个反射镜构成，放电管中央是毛细管，是对激光产生放大的区域。
光在其中传播一个单程的增益为G(ν)·l。
而G(ν)反比于毛细管的直径d，但是激光管不能做的太细，否则会增大光衍射的损耗并且限制输出总功率。
毛细管外较粗的管子为储气管，其直径通常为2～5cm 。
储气管与毛细管的气路是相通的，主要用于稳定毛细管内部的工作气压，稳定激光的输出功率和延长其寿命。
由于工作电压很高（一般在4000~8000V ），会引起离子撞击电极材料，尤其是正离子引起的阴极材料的溅射和蒸发会使工作气体压强不断减小，污染谐振腔的反射镜，降低其反射率，所以一般选溅射较弱的Al 作阴极。
2、放电条件对激光输出功率的影响（1）总气压由于自由程与总气压成反比，所以总气压降低时电子的自由程λ增大，电子动能增加，利于粒子数反转，但是如果总气压太小，会使原子数密度降低，总的反转的粒子数减少，这样激光器输出的总功率就降低了。
10.21 He-Ne激光器实验
实验报告课程名称： 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： He-Ne 激光器与激光谐振腔 同组学生姓名一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求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、 实验内容和原理1.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。
） 2.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。
装订线专业： 姓名： 学号：日期： 10.21 地点：2）松开反射镜架滑块上的螺钉，移动反射镜，在适当位置上重新锁紧，以改变谐振腔的腔长和腔型。
He—Ne 激光器的最佳放电条件实验报告
He—Ne 激光器的最佳放电条件实验报告摘要：本实验利用真空系统，配以复合真空计、激光电源以及数字激光功率计研究He—Ne 激光器的最佳放电条件。
实验中配置了He、Ne混合气体，使得:7:1H e N ep p 。
保持气配比不变，改变气体总压强，对于每个压强值，分别测量输出光功率和压强值的关系，得到：对于每一个压强，都存在一个最佳放电电流，且随着总压强的降低，最佳放电电流的数值呈上升趋势；且随着压强的改变，激光器的输出功率存在极大值。
关键字：He—Ne激光器、输出光功率、压强、真空一，引言激光是20世纪60年代的伟大发明。
它的诞生影响到自然科学的各个领域。
激光是受激辐射光，所以它具备与普通光源不同的性质，即极好的方向性、单色性和极高的亮度。
He—Ne激光器是以He、Ne混合气体为工作物质，采用放电激励方式工作的激光器，其激光输出功率与放电条件（气体总压强、气体的配比、放电电流等）有密切关系。
研究它的放电条件对于制作和使用He—Ne激光器来说都说非常重要的。
本实验通过配置He—Ne激光器的工作气体，研究放电条件对激光输出功率的影响，从而进一步了解He—Ne激光器的工作原理和最佳放电条件，掌握真空与充气技术。
二，实验原理1，内腔式He—Ne激光器的结构内腔式He—Ne激光器由谐振腔和放电管组成，如图1.谐振腔由两个反射镜R1R2组成。
激光通过反射率较低的腔镜耦合到腔外，该镜通常称为输出镜。
放电管中央的细管为毛细管。
毛细管中充有He、Ne混合气体，是对激光产生放大的区域，毛细管的几何尺寸决定了激光的最大增益。
套在毛细管外面较粗的管子为储气管。
储气管与毛细管的气路相通，主要作用是稳定毛细管内的工作气压、稳定激光器的输出功率和延长其寿命。
图中，K为阴极，A为阳极。
电极的质量直接关系到激光器的寿命。
He—Ne激光器工作时，毛细管要进行辉光放电，受电场加速的正离子撞击阴极会引起阴极材料的溅射与蒸发。
He—Ne激光器一般采用直流高压放电激励方式。
【实验报告】迈克耳孙干涉仪
实验十一迈克耳孙干涉仪的调整与使用【实验目的】1．了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构和调整方法。
2．观察等倾和等厚干涉条纹，了解其形成条件、条纹分布特点及条纹的变化。
3．测量He-Ne激光的波长。
【实验原理】1．迈克耳孙干涉仪的光路如图5.4-1所示，图中M1和M2是二个精密磨光的平面镜，置于相互垂直的两臂上。
在两臂轴相交处，是一个与两臂成45°角且两面严格平行的平面玻璃板G1，其背面镀有一层半透半反膜，称为分束板。
G2与G1平行放置，其厚度和折射率与G1完全相同，但表面没有镀图5.4-1迈克耳孙干涉仪的简单光路层，G2称为补偿板。
从图中看出，光源S发出的光在G1后表面被分为光强近乎相等的反射光束（1）和透射光束（2），两束光经反射后，共同向E处传播并发生干涉。
反射镜M2是固定的，M1可沿臂轴方向移动，M2被G1反射所成的镜像M2′位于M1附近，光束（2）也可以看作是从M2的虚像M2′反射来的，用M2′代替M2讨论问题，两束光光程不受影响。
这样，可直观地看出两束光在到达观察屏E处时的光程差与M1和M2′间的“空气薄膜”的厚度d有关，即M1所处位置是影响光程差的因素之一，这种干涉相当于“薄膜”干涉。
光束（1）到达E处时，共通过了G1三次，而光束（2）只在未分出前与光束（1）同时通过G1一次，另外两次则由穿过G2两次来得到补偿。
这样，两束光在玻璃中的光程相等，因此计算两束光的光程差时，只需考虑它们在空气中的几何路程的差别。
此外，用白光照明时，若只有G1，则因为玻璃的色散，不同波长的光因折射率不同而产生的光程差无法用空气中行程弥补，而G2板的加入就能补偿各色光的光程差以获得白光的零级干涉条纹。
白光的干涉条纹在迈克耳孙干涉仪中极为有用，能够用于准确地确定零光程差的位置，进行长度的精确测量。
在迈克耳孙干涉仪中，两束相干光分得较开，这便于在任一支光路里放进被研究的对象，通过白光零级条纹位置的改变来研究所放入物质的某些物理特性，如气体或其它透明物质的折射率、透明薄板的厚度等。
He-Ne激光器高斯光束腰斑测量实验
He-Ne激光器高斯光束腰斑测量实验He-Ne激光器高斯光束腰斑测量一、实验目的1、加深对高斯光束物理图像的理解；2、加强对高斯光束传播特性的了解；3、掌握用CCD法和刀口法测量高斯光束光斑大小；4、了解并掌握远场发散角的定量测量方法；二、实验设备He-Ne激光器、激光电源、光功率计、滤光片、衰减片、CCD相机、光学光具座、示波器、数据采集卡、计算机等。
三、实验原理（一）CCD测量法实验系统结构如右图所示：实验中，将光具座导轨上的CCD相机沿着激光传播方向均匀移动，实时地记录CCD相机在光具座标尺上的不同位置以及对应的纵向平面上的光斑尺寸。
光斑半径ω(z)---定义为在光束传播方向上z处的横截面内圆形光斑半径，可表示为（1）利用公式（1）可得（2）对于两个不同的位置，有（3）即：（4）以（若对精度有更高要求，可适当增加小数位数）为判据，选择适当步长逐步减小测量所得的最小光斑半径，将每次减小后的光斑半径值与测量所得任意两个刻度处的光斑半径叠带入式（4），运用光腰判据进行光腰半径的求解；同时利用可求解出远场发散角。
（二）刀口测量法1、实验装置如图所示2、实验原理：相比于CCD法，刀口法适用于高功率激光的质量分析。
在理论上是根据光腰的定义（强度的）即能量下降到中心光斑能量的86.5%来测量。
但是由于刀口方向（Y轴向）的积分范围的扩大，光束腰的界定一般以能量下降到95.4%为准。
所以在高斯激光束束腰处横截面内的强度分布可表示为：（5）式中为激光的总功率，为按照强度所定义的腰斑半径。
对于高斯光束，场并不是局域于的范围内，如上图所示，在Y方向上应延伸到无穷远，只是在的区域内光强很弱。
以为半径的范围内的光强占总光强的百分比为：所以以为半径的范围内的光强能量占总光强能量的86.466%。
如果按照刀口测量时的实际范围，则由此可见，实际测量时测出的光强与总光强能量的比值为95.44%，比原来的比值要大得多。
四、实验内容（1）用刀口法确定高斯光束束腰在不同位置所对应的光斑半径并计算远场发散角（2）用CCD法观察高斯光束图样五、实验步骤（一）刀口测量法1.在刀口未切割光束情况下，调整激光在光具座上的方向及位置；2.将光束对准功率计；并调整，根据功率计的读数最大值来确定光功率计处于最佳接收状态；3.在激光和光功率计之间放一个微型小孔（针孔挡片），让挡片在光束传播方向来回移动，通过光功率计的读数，找到最大值处，即该处为光束束腰位置（测量时，该处也是刀口位置），并固定好光功率计；4.取走挡片，记录功率计的最大读数，此为激光光束的总功率；5.用刀口代替挡片，旋动刀口测微螺母，让刀口切割光束，直至光功率计的读数为，记录该处测微螺母的读数；再继续选装测微螺母至处，并记录该处读数为，得出（高斯激光束束腰在该处的直径）.6.移动刀口位置，并记下不同位置所对应的束腰直径ΔX待数据记录好后整理实验仪器并惊醒数据的分析与处理。
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择仪器安装场地时应注意以下几点：
1. 环境温度 20±5℃ 2. 净化湿度 < 65% 3. 无强振动源、无强电磁场干扰。 4. 室内保持清洁、无腐蚀性气体。 5. 仪器应放置在坚固的平台上。 6. 仪器放置处不可长时间受阳光照射。 7. 室内应具稳压电源装置对仪器供电，装有地线，保证仪器接地良好。
E2
hν
hν
EE1 2
E2 EE1 2
(a) 自发辐射
hν
hν
hν
高能态原子 (c) 低受能激态发原射子
(b) 受激吸收 E2
EE1 2
双能级原子中的三种跃迁
3.3 粒子数反转
一个诱发光子不仅能引起受激辐射，而且它也能引起受激吸收，所以只有当处 在高能级的原子数目比处在低能级的还多时，受激辐射跃迁才能超过受激吸收，而 占优势。由此可见，为使光源发射激光，而不是发出普通光的关键是发光原子处在 高能级的数目比低能级上的多，这种情况，称为粒子数反转。但在热平衡条件下， 原子几乎都处于最低能级（基态）。因此，如何从技术上实现粒子数反转则是产生激 光的必要条件。
5 氦氖激光器系列实验
5.1 实验一 氦氖激光束光斑大小和发散角 实验目的
1．掌握测量激光束光斑大小和发散角的方法。 2．深入理解基模激光束横向光场高斯分布的特性及激光束发散角的意义。
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实验仪器用具
氦氖激光器、光功率指示仪、硅光电池接收器、狭缝、微动位移台。
实验原理
激光束的发散角和横向光斑大小是激光应用中的两个重要参数，激光束虽有方
4.2 激励源
为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处 于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发 介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激 励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输 出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
数 n(n=1,2,…)决定。但是实际描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道角动 量 L 和自旋角动量 s，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。对轨道角动量， 波尔曾给出了量子化公式 Ln＝nh，但这不严格，因这个式子还是在把电子运动看作 轨道运动基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理
3 激光原理概述............................................................................................1
3.1 普通光源的发光——（受激吸收和自发辐射） ................................................ 1 3.2 受激辐射和光的放大 ............................................................................................ 2 3.3 粒子数反转 ............................................................................................................ 3
5 氦氖激光器系列实验................................................................................4
5.1 实验一 氦氖激光束光斑大小和发散角 .............................................................. 4 5.2 实验二 共焦球面扫描干涉仪与氦氖激光束的模式分析 .................................. 8
2.1 开箱 ........................................................................................................................ 1 2.2 安装场地 ................................................................................................................ 1
受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能 量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2 向低能级E1跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点，就是原子可发出与诱发光子 全同的光子，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都 完全一样。于是，入射一个光子，就会出射两个完全相同的光子。这意味着原来光 信号被放大，这种在受激过程中产生并被放大的光，就是激光。
4.3 谐振腔
有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射 强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐 振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射， 另一块光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回 到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，光被放大。因此，光在谐振腔中来回振 荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输 出。
N2 / N1 ∝ exp[−(E2 − E1) / kT ] 式中k为波耳兹曼常量，T为绝对温度。因为E2>E1，所以N2<N1。例如，已知氢原子
基态能量为E1＝－13.6eV，第一激发态能量为E2=-3.4eV，在 20℃时，kT≈0.025eV，
则
N2 / N1 ∝ exp(−400) ≈ 0
（1.1）
由式（1.1）可知，只要我们测得离束腰很远的 z 处的光斑大小 2 w(z)，便可算出激
可见，在 20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量
使原子到达激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。
一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四面八方发射，更使能量分
散了。
3.2 受激辐射和光的放大
由量子理论知识了解，一个能级对应电子的一个能量状态。电子能量由主量子
向性好的特点，但它不是理想的平行光，而具有一定大小的发散角。在激光准直和
激光干涉测长仪中都需要设置扩束望远镜来减小激光束的发散度。
1 激光束的发散角 θ
激光器发出的激光束在空间的传播如图 1-1 所示，光束截面最细处成为束腰。我
们将柱坐标（z、r、φ）的原点选在束腰截面的中点，z是光束传播方向。束腰截面半
4 激光器的结构............................................................................................4
4.1 激光工作介质 ........................................................................................................ 4 4.2 激励源 .................................................................................................................... 4 4.3 谐振腔 .................................................................................................................... 4
论来推导。 量子理论告诉我们，电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在 l（角 动量量子数）量子数相差±1 的两个状态之间，这就是一种选择规则。如果选择规则 不满足，则跃迁的几率很小，甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级，一旦
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电子被激发到这种能级上时，由于不满足跃迁的选择规则，可使它在这种能级上的 寿命很长，不易发生自发跃迁到低能级上。这种能级称为亚稳态能级。但是，在外 加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级，并放出光子。这种过程是被“激” 出来的，故称受激辐射。受激辐射的概念是爱因斯坦于 1917 年在推导普朗克的黑体 辐射公式时，第一个提出来的。他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性，这 是激光的基础。
2 安装
腔长
20mm
凹面反射镜曲率半径 20mm
凹面反射镜反射率 99%
精细常数
>100
自由光谱范围
4GHz
2.1 开箱
打开仪器的包装后，请对照装箱单对仪器的齐套性进行认真清点验收，如发现
与装箱单不符或者仪器表面有明显的受损现象请立即与售方联系解决。
2.2 安装场地
该仪器是实验用仪器。为了提高仪器的工作质量和延长仪器的使用寿命，在选
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4 激光器的结构
激光器一般包括三个部分。
4.1 激光工作介质
激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在 这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的 存在，对实现粒子数反转是非常有利的。现有工作介质近千种，可产生的激光波长 包括从真空紫外到远红外，非常广泛。
3 激光原理概述
3.1 普通光源的发光——受激吸收和自发辐射
普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等的发光）是由于物质在受到外来