氦氖激光器系列实验
氦氖激光模式实验
横模频率差与纵模频率差相差一个分数因子，并且相邻横模差一般总小于相邻纵模频率差。
4.共焦球面干涉仪原理与性能指标
共焦球面干涉仪由两个曲率半径相等的高反射镜组成，如图。每组透射光由多次透射组合形成，两次透射之间往返2次，光程差为4倍腔长。当满足腔长的4倍为波长的整数倍时，透射光相干相长，透射率有极大值。以压电陶瓷驱动腔镜往复运动，可以实现光谱扫描。
测得激光器出射端到45°全反镜距离为4cm，全反镜到平面镜距离为166cm，平面镜到可调狭缝的距离为166.2cm，光路全程为336.2cm。即探测器探测到的光强是z=336.2cm处的光斑光强。另外测得He-Ne激光器腔长约为27.3cm。
b)移动微动平台，每0.2mm记录一次读数，重复测3次，数据记录见附表1。
氦氖激光模式实验
摘要：简述了激光束光斑大小、发散角、激光器模式等的意义。通过对基模光束横向光场的分布特性测量，得出所用氦氖激光器发散角的大小，并利用共焦球面扫描仪对实验激光器模式数目进行测定。
一、实验原理
1.激光束发散角与横向光场分布
激光器的基模光束为高斯光束，即光束截面上光强满足沿径向的高斯分布。光束边界定义为振幅是中心的1/e的等幅线，也就是光强为中心的1/e2的曲线。光束半径即为振幅下降到中心的1/e，或光强下降到中心的1/e2的点到中心的距离。
共焦球面干涉仪的性能指标
a)自由光谱范围
是干涉仪的自由光谱范围，表征干涉仪在 到 范围内，干涉圆环不重叠。干涉仪有意义的测量范围就是自由光谱范围，同时，要定量分析纵模就必须用到自由光谱范围来标定频宽。自由光谱范围是由干涉仪的构造决定的。
对于共焦球面干涉仪有：
b)分辨本最小波长间隔 的比值：
11 实验十一 He-Ne激光器实验
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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天津市港东科技发展有限公司
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。
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。
光信息专业实验报告：氦氖激光模式实验
光信息专业实验报告：氦氖激光模式实验氦氖激光器在实际应用，尤其是基础实验教育中应用非常广泛。
本实验对氦氖激光器的性质进行了测量，主要分为两个部分。
一是氦氖激光器光斑大小和发散角的测量，二是利用共焦球面扫描干涉仪与示波器对氦氖激光器的模式进行分析。
实验仪器及技术参数：1、氦氖激光器：中心波长632.8nm、谐振腔腔长246mm、谐振腔曲率半径为1m2、共焦球面扫描干涉仪：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4GHz3、示波器、光学镜若干实验一氦氖激光器光斑大小和发散角的测量氦氖激光器发出的光束为高斯光束，高斯光束是我们非常熟悉的一种光束。
我们可以从横向和纵向两个角度来理解高斯光束。
1、横向方向高斯光束之所以称为高斯光束，正是因为其基模在横向上光强的分而呈高斯分布型。
即⁄]（1）是I oo(r,z)=I oo(z)exp[−2r2w2(z)其中，下标00表示基横模，I oo(z)表示中心处的光强，r表示横截面离中心的距离，z 表示所研究的光斑所处的纵向上的位置，w(z)表示z处的光束半径。
光束半径w(z)定义为振幅下降到中心振幅1/e的点离中心的距离，或者说光强下降到中心光强1/e2的点离中心的距离。
从（1）式可以看出，高斯光束横向上光强随着离中心位置越远，光强越小，至w(z)处已基本下降为0，集中了86.5%的功率。
以上的说明可以用图1表示。
图1 高斯光束横向上振幅分布和光强分布2、纵向方向由横向方向上高斯光束的说明可以看出，整个高斯光束可以看成是横向上高斯光斑沿纵向z 轴传播形成的。
那么，纵向上光斑是如何传播的呢？理想的高斯光事假设传播过程中光的总能量不变，传播的过程只是光斑大小发生了变化。
激光器发出的激光束在空间的传播如图2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。
束腰截面半径为w0,距束腰为z处的光斑半径为w(z)，则w(z)=w o[1+(λzπw o)2]12⁄（2）其中是λ激光波长。
氦氖激光参数测量实验
He －Ne 激光参数测量实验氦氖激光束光斑大小和发散角测量实验目的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。
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。
束腰截面半径为0w ，距束腰为 z 处的光斑半径为 w(z)，则 2/1220])(1[)(w z w z w πλ+= 其中λ是激光波长。
上式可改写成双曲线方程1]/[])([22020=-λπw z w z w 双曲线的形状已画在1-1 中。
我们定义双曲线渐近线的夹角θ为激光束的发散角，则有z z w w /)(2)/(20==πλθ (z 很大）（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)，便可算出激光束发散角。
2、激光束横向光场分布如图 1-1，激光束沿 z 轴传播，其基模的横向光场振幅00E 随柱坐标值 r 的分布为高斯分布的形式)](/exp[)()(220000z w r z E r E -= （1.2）式中)(00z E 是离束腰z 处横截面内中心轴线上的光场振幅， w (z)是离束腰z 处横截面的光束半径，)(00r E 则是该横截面内离中心r 处的光场振幅。
由于横向光场振幅分布是高斯分布，故这样的激光束称为高斯光束。
当量值r =w(z) 时，则)(00r E 为)(00z E 的1/e 倍。
前面的讨论中，我们并未对光束半径下定义。
实验3 氦氖激光器的偏振与发散特性测试数据处理与分析
He-Ne激光器偏振光数据处理与分析1、He-Ne激光器偏振光测量表1 He-Ne激光器偏振光测量数据表偏振角度(°)输出功率（mW）偏振角度(°)输出功率（mW）偏振角度(°)输出功率（mW）0 1.1361250.8032500.0905 1.0731300.8592550.096100.9951350.9342600.119150.835140 1.0022650.169200.743145 1.0662700.204250.665150 1.1172750.252300.556155 1.1452800.315350.464160 1.1872850.412400.378165 1.2012900.495450.291170 1.1722950.618500.225175 1.1473000.710550.170180 1.1043050.801600.130185 1.0343100.867650.0981900.9483150.966700.0881950.841320 1.027750.0922000.755325 1.102800.1132050.659330 1.145850.1532100.574335 1.174900.1982150.473340 1.192950.2812200.386345 1.1831000.3622250.285350 1.1681050.4592300.223355 1.1471100.5252350.172360 1.0981150.6082400.1271200.6992450.099图1 He-Ne激光器偏振特性曲线图分析：由图1 He-Ne 激光器偏振特性曲线图可知，He-Ne 激光器输出的光为线偏振光；而且从图中曲线可知，曲线并非完全的平滑，有一定的凹凸瑕疵，这说明实验存在误差，这主要是受实验环境光变化的影响所致。
氦氖光斑实验报告
1. 了解氦氖激光器的工作原理及特点；2. 掌握氦氖激光器输出光斑的形成原理；3. 通过实验，观察氦氖激光器输出光斑的大小、形状及发散角；4. 分析影响氦氖激光器输出光斑的因素。
二、实验原理氦氖激光器是一种气体激光器，由氦气和氖气混合气体作为工作物质，通过放电激发产生激光。
激光器输出光斑的形成主要与激光器的谐振腔结构、工作物质以及放电参数等因素有关。
1. 谐振腔结构：谐振腔由一对反射镜组成，反射镜之间的距离决定了激光器的波长和频率。
根据谐振腔的长度，可以将激光器分为三种类型：长腔激光器、短腔激光器和准直腔激光器。
2. 工作物质：氦气和氖气混合气体作为工作物质，其分子结构决定了激光器的波长。
氦氖激光器的波长通常为632.8nm。
3. 放电参数：放电参数包括放电电流、放电电压等。
放电参数的优化可以提高激光器的输出功率和光斑质量。
三、实验仪器与材料1. 氦氖激光器；2. 光功率计；3. 光学显微镜；4. 屏幕板；5. 放大镜；6. 秒表；7. 记录纸；8. 计算器。
1. 将氦氖激光器放置在实验台上，确保激光器与屏幕板之间的距离适中。
2. 使用光功率计测量激光器的输出功率，记录数据。
3. 将光学显微镜对准激光器输出端，观察激光束的形状和大小。
4. 使用放大镜观察屏幕板上的光斑，记录光斑的大小和形状。
5. 记录实验环境温度、湿度等参数。
6. 重复实验，观察不同放电参数下激光器输出光斑的变化。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）激光器输出功率：5mW；（2）光斑大小：直径约为1mm；（3）光斑形状：圆形；（4）发散角：约10mrad。
2. 分析（1）光斑大小与放电参数的关系：实验结果表明，放电参数对光斑大小有一定影响。
放电参数优化后，光斑大小可减小，从而提高激光器的光束质量。
（2）光斑形状与放电参数的关系：实验结果表明，光斑形状与放电参数关系不大，主要由激光器谐振腔结构决定。
（3）发散角与放电参数的关系：实验结果表明，发散角与放电参数关系不大，主要由激光器谐振腔结构决定。
半内腔式氦氖激光器调谐实验报告
半内腔式氦氖激光器调谐实验报告示例文章篇一：哇塞！今天我们做了一个超级酷的实验——半内腔式氦氖激光器调谐实验！一进实验室，我就像一只好奇的小猫咪，东瞅瞅西看看。
老师把我们分成了几个小组，我和我的小伙伴们眼睛都放光啦，迫不及待地想要开始。
实验仪器摆在桌子上，那模样看起来可神秘啦！老师先给我们讲了一堆原理，什么共振啦，波长啦，听得我脑袋都有点晕乎乎的。
我心里直犯嘀咕：“这也太难懂了吧？”不过，老师讲完后，就让我们自己动手啦！我小心翼翼地摆弄着那些仪器，手都有点抖，生怕一不小心给弄坏了。
“哎呀，这个该怎么弄呀？”我着急地问旁边的小伙伴。
“别慌，咱们慢慢研究。
”小伙伴安慰我道。
我们一边对照着实验步骤，一边互相商量。
这感觉就像在走一条充满迷雾的小路，每一步都充满了未知和挑战。
在调谐的过程中，那激光的颜色一会儿红一会儿绿，就像个调皮的小精灵在跟我们捉迷藏。
“这到底是咋回事呀？”我忍不住大喊。
小伙伴笑着说：“别着急，说不定这是正常现象呢！”经过好一番折腾，我们终于有了点眉目。
看着那稳定的激光，我心里别提多高兴啦，就像在黑暗中找到了一束温暖的光。
其他小组也都忙得热火朝天，有的在欢呼，有的在皱眉思考。
整个实验室里充满了紧张和兴奋的气氛。
“难道我们就这样成功啦？”我还有点不敢相信。
小伙伴拍了拍我的肩膀说：“你看，这不就成功了嘛！”通过这次实验，我深深地感受到，科学实验就像一场刺激的冒险，虽然过程中会遇到很多困难，但是当你最终克服它们，看到成果的时候，那种喜悦简直无法用言语来形容！我觉得呀，做实验就像爬山，一路上会很累，会遇到荆棘，但当你站在山顶，看到美丽的风景时，一切都值了！这次半内腔式氦氖激光器调谐实验，让我对科学的热爱又多了几分！示例文章篇二：哎呀呀，我一个小学生，居然要写半内腔式氦氖激光器调谐实验报告，这可真是个大挑战呢！那天，我们一群小伙伴在实验室里，准备开始这个神奇的实验。
老师一进门就笑着说：“孩子们，今天咱们要探索神秘的激光世界啦！”我们都兴奋得不行，眼睛瞪得大大的，就像看到了超级大糖果一样。
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氦氖激光器实验
袁庆勇 081273018 信息工程
一、实验仪器
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、扫描干涉仪、高速光电接收器及其电源、锯齿波发生器、示波器、氦氖激光器及其电源。
氦氖激光器技术参数：
谐振腔曲率半径 1m ∞
中心波长 632.8nm
共焦球面扫描干涉仪技术参数：
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
二、实验目的
Ⅰ、氦氖激光束光斑大小和发散角
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。
Ⅱ、共焦球面扫描干涉仪与氦氖激光束的模式分析
1、了解扫描干涉仪原理，掌握其使用方法。
2、学习观测激光束横模、纵模的实验方法。
三、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
θ为激光束的发散角，()()0=2/2/z z θλπωω=,z 很大
只要我们测得离束腰很远的z 处的光斑大小2 w(z)，便可算出激光束发散角。
2、激光束横向光场分布
将光束半径w(z)定义为振幅下降到中心振幅1/e 的点离中心的距离，光束半径w(z)也可定义为光强下将为中心光强e -2倍的点离中心点的距离。
3、光束半径和发散角的测量
束腰处的光斑半径为
由这个值，也可从算出激光束的发散角θ
4、纵模频率差△ν=c/2n 2L ，L 为激光器腔长
5、不同横模之间的频率差
6、自由光谱范围△λ：
7、精细常数F ：()F=1-R
四、实验内容
1、光强横向分布的测量
移动微动平台，使狭缝和硅光电池接收器同时扫过光束，移动的方向应与光传播方向垂直。
每隔0.1~0.2mm ，记录光功率指示仪的读值，重复测量三次，进行激光束的光强横向分布测量，测量Z 值。
Z=3.1m ，L=33.5cm
2、光斑半径W （Z ）及发散角θ的确定
以平均值做出光功率指示仪随测量位移之间的变化曲线，由曲线求出光斑半径W （Z ），并算出θ 值，算出发散角()=2/z z θω的确定值和()0=2/θλπω的θ 值进行比较。
位移θ
3、根据激光器的腔长，计算纵模频率差，计算1阶和2阶横模频率差
纵模频率差△ν=448MHz
1阶横模频率差△ν=193MHz
2阶横模频率差△ν=385MHz
4、根据干涉仪的曲率半径计算出干涉仪的自由光谱范围，再由给定的反射率计算
出精细常数F。
自由光谱范围跟共焦球面扫描干涉仪的腔长关系△λ=λ2/(4L)=0.005nm
精细常数()
F=1-R=313
5、以计算所得的自由光谱范围在示波器上定标，由示波器上显示的纵模波形测出
干涉仪的带宽，再由式求出精细常数F，和理论值进行比较。
F=△νF/△νFWHM，△νF/△νL=△t/△T.
△T=1.31ms，△t=9.6ms，△t FWHM=170us.
精细度常数F=77，理论值精细常数()
F=1-R=313.。