3-氦氖激光器的参数测量
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。
实验 氦氖激光器的调整及光斑的测量 学习体会
实验氦氖激光器的调整及光斑的测量学习体会
应用物理2班曹朝榴 2014114025 关于氦氖激光器谐振腔调节，使激光输出，非常重要的前提就是分辨谐振腔是外腔式，还是半外腔式，才能选择十字光靶法和激光准直法中更为适合的一种方法。
本次实验使用的是半外腔式，所以使用激光准直法，能更为容易的调出激光。
在调节过程中，需要将已经调好的氦氖激光器放在导轨的另外一端，利用调节板的小孔调整氦氖激光器的方向，直至激光器出光方向与导轨平行。
紧接着按书上方法调整，直至出光为止。
因为激光是一条直线，且每个仪器透过的小孔都比较小，所以需要每个仪器都调整得高度精确。
就需要足够的耐心，并且非常仔细。
轻微的调节手扭，不断的透过小孔观察，因为耗时较长，且过程单一枯燥，所以极其容易失败，调节过程中应该克制住自己的急躁，静下心来，按照正确的方法调整激光。
3-氦氖激光器的参数测量
氦氖激光器的参数测量（参考讲义）一台激光器的小信号增益系数,腔内损耗α，饱和光强及最佳透过率是重要的激光参数，直接影响着激光器的输出功率。
本实验在外腔激光器中用全反射腔镜，激光输出是通过在腔内插入可旋转平行板，利用平行板的反射率与入射角的关系，使激光的输出功率随平行板的旋转角度而改变，旋转平行板等效于可变透射率的输出镜。
通过测量激光输出功率与等效透射率的关系，用作图法获得以上参数。
0G s I opt Γ一、 实验原理光谱线的宽度一般由以下几部分组成：自然增宽N v Δ，碰撞增宽 ，和多谱勒增宽 ，自然增宽和碰撞增宽属均匀增宽线型，多谱勒增宽属非均匀增宽线型，自然增宽与谱线上下能级寿命成反比，如下式所示⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=Δττπν121121N(1) 式中1τ,2τ分别为上、下能级寿命。
碰撞增宽与气体压力p 成正比，如下式所示ap =Δρν (2) 式中a 为压力加宽系数，因不同气体不同谱线而异。
多谱勒增宽由激发谱线的粒子速度分布决定，与介质温度T 及原子量M 有关，还与激发谱线的中心频率0ν成正比，如下式所示()02/17/1016.7ννM T D −×=Δ (3) 式中0ν为谱线中心频率。
对某一谱线究竟哪种增宽起主要作用，属哪种线型有具体的物理条件决定。
1. 不同线型的增益饱和特性激光介质的增益吸收关于是随腔内光强的增加而下降的，这种现象叫做增益饱和，不同线型其增益饱和行为不同。
以均匀增宽为主的线型其增益饱和特性由下式描述：)()/1()2/()()2/()(002202v G I I v v v v v G s v +Δ+−Δ= (4)式中为腔内光强趋于零时频率中心处的益系数，叫做小信号增益系数。
为线型宽度,为频率为)(00v G v Δv I v 的激光强度,为饱和光强。
s I s I 与下列物理量的关系)1(为221324ττλπn v hc I s Δ= (5) 式中λ为光在介质中的波长,21τ为谱线的自发跃迁寿命,2τ为谱线上能级的总跃迁寿命。
专业实验 实验四 氦氖多谱线激光器实验讲义(1)
光电子与激光系列实验讲义多谱线氦氖激光器实验多谱线氦氖激光器实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印光电子与激光系列实验讲义多谱线氦氖激光器实验多谱线氦氖激光器在增益管长为1m的外腔式He-Ne激光器中，用腔内插入色散棱镜选择谱线的方法，在可见光区分别使氖原子的九条谱线产生激光振荡。
实验要求掌握He-Ne多谱线激光线器的工作原理及腔型结构的特点；学习外腔式激光器及腔内带棱镜激光器的调节方法；测量各条激光谱线的波长；找出各条谱线的最佳放电电流及测量最大输出功率。
一、实验原理一台激光器除激励电流外主要由两部分组成，一是增益介质；二是谐振腔。
对He-Ne激光器而言增益介质就是在两端封有布儒斯特窗的毛细管内按一定的气压充以适当比例的氦氖气体，当氦氖混合气体被电流激励时，与某些谱线对应的上下能级的粒子数发生反转，使介质具有增益。
介质增益与毛细管长度、内径粗细、两种气体的比例、总气压以及放电电流等因素有关。
对谐振腔而言腔长要满足频率的驻波条件，谐振腔镜的曲率半径要满足腔的稳定条件。
总之腔的损耗必须小于介质的增益，才能建立激光振荡。
由于介质的增益具有饱和特性，增益随激光强度增加而减小。
初始建立激光振荡时增益大于损耗，随着激光的增强而增益逐渐减小直到增益等于损耗时才有持续稳定的振荡。
稳定振荡时的增益叫阈值增益，初始的增益叫小信号增益。
小信号增益与阈值增益之差越大，腔内的激光强度越强，对小信号增益很低的激光谱线是否能获得激光振荡，关键在于谐振腔的损耗能降低到什么程度。
1、在可见光区激光谱线的小信号增益系数在氦氖混合气体的增益管中氖原子的3S2能级对2P i（2P i是2P1，2P2，…，2P8，2P10九个能级的简称，3S2-2P9的跃迁是违禁的）九个能级之间能够产生粒子数反转，使介质具有增益，九条谱线的小信号增益系数G0如表1所示。
测量时各谱线的放电电流值不相同；表中相对增益系数是用用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特性的装置测得的，各谱线的放电电流相同。
氦氖激光治疗仪操作指南
氦氖激光治疗仪操作指南氦氖激光治疗仪操作指南1、引言本操作指南旨在指导操作人员正确使用氦氖激光治疗仪，以确保治疗效果和操作安全。
2、操作前准备2.1 检查设备2.1.1 确保设备完好无损，外观无明显破损或异物。
2.1.2 检查电源线、控制线等连接是否稳固。
2.1.3 检查激光头的清洁程度，如有污垢需及时清理。
2.1.4 检查治疗仪的液晶显示屏是否正常。
2.2 检查工作环境2.2.1 确保操作环境安静、明亮，并可以提供所需的电源。
2.2.2 确保操作区域干净整洁，避免灰尘和异物可能对设备造成的影响。
3、操作步骤3.1 打开设备电源3.1.1 连接电源线并将电源插头插入电源插座。
3.1.2 按下电源按钮，待设备开机。
3.2 设置治疗参数3.2.1 按照医生的建议，通过液晶显示屏上的按键设置激光的功率、波长和持续时间。
3.2.2 确认设置的参数是否正确，并按下确认按钮保存。
3.3 安装激光头3.3.1 将激光头插入激光输出口，并旋紧固定螺母以确保连接稳固。
3.3.2 检查激光头与治疗部位的距离是否适当，调整激光头的位置和角度。
3.4 实施治疗3.4.1 双手持握治疗仪的手柄，并将激光头对准治疗部位。
3.4.2 短按触发按钮，激光开始照射，保持激光头与皮肤表面的一定距离。
3.4.3 沿治疗部位以慢速移动激光头，确保均匀照射整个区域。
4、操作注意事项4.1 禁止直接观察激光光束，以免损伤眼睛。
4.2 操作人员应佩戴合适的防护眼镜，确保安全。
4.3 禁止将激光照射到不需要治疗的区域。
4.4 激光治疗过程中，如患者有任何不适或异常反应，应立即停止治疗并咨询专业人士。
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法律名词及注释：1、激光治疗：利用激光光束对组织进行刺激或治疗的过程。
2、治疗仪：专门用于进行治疗的设备或仪器。
3、氦氖激光：一种可见光激光，波长为632.8纳米。
钢尺测量氦氖激光波长的方法研究
钢尺测量氦氖激光波长的方法研究自從1960年世界上第一台激光器发明以来,激光以其独特的优点,如单色性、方向性、相干性好,在现代科学技术和实践中得到了广泛的应用[1～2]。
在实际应用中,一般都需要预先知道激光的波长。
因此,测量激光的波长就显的尤为重要。
测量激光波长的方法有许多种,本文巧妙地将一把普通的钢尺(最小刻度为)抽象为反射光栅的模型,将教科书中对光栅的概念——周期性结构——更加具体、形象化,拓展了学生思维;有趣、较准确地测量出氦氖激光的波长。
1 原理简述基于钢尺上等间距这一周期性的结构,将钢尺作为一反射光栅。
最小分度值为光栅常数,当激光以掠入射到钢尺刻度上,就会发生衍射现象。
实验光路图如图1所示。
图中为衍射角,光束2和光束1的光程差为:(1)当时,即,对应于0级衍射斑点,即激光的几何反射斑点。
各级衍射斑点满足:(衍射级次…) (2)通过式(2)可知,只要测出和,就可计算出波长。
下面主要测量和角度:实验装置如图2所示,激光沿水平方向射出,垂直观察屏于S。
将钢尺放置在升降台上,调节升降台使激光以一定角度入射到钢尺上刻度处,并在观察屏上有明显的衍射图象。
设激光入射钢尺处到观察屏的水平距离为,0级衍射斑点(稍微平移一下钢尺,让激光照到钢尺上没有刻度的地方,找到其反射点,即找到0级衍射斑点)到位置距离为,1级斑点到的距离为,2级斑点到的距离为,等等。
由几何关系可知: 入射角: (3)衍射角:()() (4)最后,在白纸屏(观察屏)上画出个衍射点的位置,测量相关数据,由式(2)(3)(4)就求出激光波长。
2 数据记录及处理(如表1)一级衍射:二级衍射:(He-Ne激光的标准波长为。
)3 结语用钢尺测量氦氖激光波长看似实验方法比较粗糙,但从实验结果看还是比较准确,相对误差小于。
作为一个设计性实验,在实际教学中,收到了良好的教学效果。
有同学在报告中写到:“日常生活中我们常用钢尺测量书本的厚度以及纸张的宽度、长度等,所测物体的数量级为米。
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。
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
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氦氖激光器的参数测量（参考讲义）一台激光器的小信号增益系数,腔内损耗α，饱和光强及最佳透过率是重要的激光参数，直接影响着激光器的输出功率。
本实验在外腔激光器中用全反射腔镜，激光输出是通过在腔内插入可旋转平行板，利用平行板的反射率与入射角的关系，使激光的输出功率随平行板的旋转角度而改变，旋转平行板等效于可变透射率的输出镜。
通过测量激光输出功率与等效透射率的关系，用作图法获得以上参数。
0G s I opt Γ一、 实验原理光谱线的宽度一般由以下几部分组成：自然增宽N v Δ，碰撞增宽 ，和多谱勒增宽 ，自然增宽和碰撞增宽属均匀增宽线型，多谱勒增宽属非均匀增宽线型，自然增宽与谱线上下能级寿命成反比，如下式所示⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=Δττπν121121N(1) 式中1τ,2τ分别为上、下能级寿命。
碰撞增宽与气体压力p 成正比，如下式所示ap =Δρν (2) 式中a 为压力加宽系数，因不同气体不同谱线而异。
多谱勒增宽由激发谱线的粒子速度分布决定，与介质温度T 及原子量M 有关，还与激发谱线的中心频率0ν成正比，如下式所示()02/17/1016.7ννM T D −×=Δ (3) 式中0ν为谱线中心频率。
对某一谱线究竟哪种增宽起主要作用，属哪种线型有具体的物理条件决定。
1. 不同线型的增益饱和特性激光介质的增益吸收关于是随腔内光强的增加而下降的，这种现象叫做增益饱和，不同线型其增益饱和行为不同。
以均匀增宽为主的线型其增益饱和特性由下式描述：)()/1()2/()()2/()(002202v G I I v v v v v G s v +Δ+−Δ= (4)式中为腔内光强趋于零时频率中心处的益系数，叫做小信号增益系数。
为线型宽度,为频率为)(00v G v Δv I v 的激光强度,为饱和光强。
s I s I 与下列物理量的关系)1(为221324ττλπn v hc I s Δ= (5) 式中λ为光在介质中的波长,21τ为谱线的自发跃迁寿命,2τ为谱线上能级的总跃迁寿命。
由此可见不同谱线的饱和光强是不同的，同一谱线由于线型宽度的变化也影响饱和光强的数值。
（5-4）式表明某一频率的光强v I 引起的饱和效应对线型内所有频率都由影响，在中心频率处饱和作用最强，偏离中心频率越远，饱和作用越弱。
均匀增宽线型的增益饱和特征表现为整个增益曲线的下降。
以非均匀增宽为主的线型其增益饱和特性由下式描写2/100)/1(1),(),(s v v I I v v g G I v G += (6) 式中 为按线型函数分布的小信号增益系数，增益饱和的行为表现为当频率为),(00v v g G ),(0v v g ν的光与介质发生相互作用时，只有频率在ν附近的一小部分粒子对饱和效应由贡献，使局部频率处的增益下降，在小信号增益系数按频率分布的曲线上形成局部的凹陷，通常叫做烧孔效应。
烧孔的宽度由均匀增宽决定, 烧孔的深度由光强决定。
当光强等于饱和光强时,增益系数只下降到小信号增益系数的70% ，比均匀增宽谱线的增益饱和下降的慢。
v I 氖的6328谱线，其自然宽度约为10MHZ ，放电管总气压为250Pa 时碰撞增宽约为MHZ ,在室温下多谱勒增宽约为 MHZ ，由此可见其线型特征以非均匀增宽为主。
oA 2102×3105.1×对输出波长为6328的激光器，若谐振腔足够短，在增益线宽的范围内只存在单一纵模振荡，激光输出功率随频率变化时，在频率中心附近会出现叫做兰姆凹陷的曲线分布，展示出以非均匀增宽为主的线型在驻波腔中增益饱和特性。
凹陷的形成是由于腔内纵模振荡与局部速度的离子群有关系。
当纵模远离中心频率时，参与机关过程的是正反两个方向相应速度的粒子群，在增益曲线上在纵模频率处以及以频率为中心的对称轴的另一频率位置上出现两个烧孔。
激光的输出功率与烧孔的总面积成正比。
当纵模向中心频率靠拢时，两个烧孔逐渐接近并重叠，激光输出功率下降，当纵模到达中心频率时，重叠成一个烧孔，激光输出功率达到极小值。
在长腔激光器中，在增益线宽的范围内，同时存在多个纵模振荡，每个纵模与不同速度的粒子群相联系，在增益曲线上烧出多个孔。
当纵模间距小于碰撞增宽时，各纵模的烧孔相互交叠在一起，并连成一片，在整个增益曲线范围内出现了几乎是连续下降的增益饱和，类似于均匀增宽谱线的增益饱和现象。
这时可以用均匀增宽线型中心频率处的增益饱和规律来描述，如下式所示 o As I I G I G /1)(0+=(7) （5-7）式用于非均匀增宽谱线，在实验中是对全线宽的总光腔进行测量的，式中的 应表示为全线宽的小信号增益系数，通过实验可以证实（5-7）式能较好的反映6328长腔激光器的增益饱和特性。
0G oA 2. 激光输出功率与激光参数的关系当一台激光器形成稳定振荡时，激光在腔内往返运行一周所获得的总增益等于总损耗，用公式表示0)(2α=I G L a (8)式中为增益介质长度,a L 0α为总耗损，它包括衍射损耗，增益介质的吸收，散射损耗，腔镜的透射、吸收、散射损耗、及布儒斯特窗片的反射、吸收、散射损耗等。
为了简化把总损耗分作两部分αα+Γ=0 (9) 表示腔镜的投射损耗，Γα表示除腔镜投射损耗以外的所有损耗。
把（5-8）、（5-9）两式代入（5-7）式得：⎟⎠⎜⎝−+Γ=10αI I a s ⎞⎛2G L (10) 在实验中直接测量的是激光输出功率P ,输出功率与腔内功率P 的关系为 激光光强与激光功率的关系为I=P/A 。
A 为光束截面积。
因此 (5-10) 式可写成⎟⎠⎜⎝−+ΓΓ=1⎞⎛0αG L P P a s out 2 (11) 式中,为腔内饱和功率。
由于高斯光束在腔内各处的粗细不同，沿径向的强度分布也不同, A 采用光束腰部的有效截面积表示 A I P s s =26.10A 2w =π (12) 为高斯光束的腰半径，简称腰粗。
为了通用，下面给出不对称非共焦腔的腰粗公式0w 4/12212212120)2())()((⎥⎦⎤⎢⎣⎡−+−+−−=L R R L R R L R L R L w πλ (13)式中L 为腔长，λ为激光波长,分别为谐振腔两个反射镜的曲率半径。
21,R R 由（5-11）式可知，激光的输出功率与饱和光强及小信号增益系数成正比，只有两者均很打时，才能获得大的激光输出功率。
输出功率与腔内损耗成反比，腔内损耗增大，输出功率减小。
输出功率于投射率有二次曲线关系，当透射率较小时，输出功率随透射率的增加而增大，当透射率较大时，输出功率随透射率增加而减小。
在适当透射率处，输出功率有极大值，如图5-1所示，对应极大输出功率处的透射率叫做最佳透射率opt Γ，对(5-11)式微商求极大值可得(14) αα−=Γ2/10)2(G L a optopt Γ也是激光器的重要数据，随小信号增益系数的增大而加大，当腔损耗不太大时，最佳透射率也随腔内损耗增加而加大。
3. 用作图法求激光参数从图5-1可见，每个输出功率值对应两个透射率21,ΓΓ，取和分别代入(5-11) 式，并消去P 得 ),(1ΓP ),(2ΓP 0)2()(02121=−−ΓΓ+Γ+Γα1αG L a (15)用对作图，从直线斜率可得腔内损耗)(21Γ+Γ21ΓΓ1k 1/1k =α (16)取，从直线与021=ΓΓ)(21+ΓΓ轴相交的截距可得 ])[(2021021α+Γ+Γ==ΓΓa L G 1 (17)用代入 (5-11)式并与(5-15)式相联立，消去),(1ΓP )2(0α−G L a 得21ΓΓ=αsout P P (18)用对 作图，从直线斜率 可得或out P 21ΓΓ2k s P sI α2k P s =A k I s α2=(19)二 实验装置1. 实验装置实验装置如图5-2 所示Las 为氦氖气体放电管，总气压为２５０Pa ，放电电流约为18mA 。
SN 为永磁铁氧体，对放电管产生非均匀磁场，抑制3.39μm 谱线的超辐射。
21,M M 是全反射腔镜，相距140cm ，用平凹腔或非对称非共焦腔均可，要使高斯光束的腰靠近M 镜一端。
M 是透明的平行平面镜，一般用熔石英材料，插入损耗小，也可以用玻璃材料，玻璃材料的优点是对3.39μm μ谱线有吸收，对3.39μm 激光或超辐射有抑制作用，缺点是插入损耗比熔石英大，影响最佳透射率的准确值。
M 镜要有一定的厚度，以免M 镜两表面的反射光束重叠产生干涉，影响测量结果，M 镜的厚度应大于2mm.SP 为带刻度的转台，转角精度不低于1′，转台中心安有上下可调的平台，平台面的倾斜有螺丝可调。
M 镜放在平台上，转台已固定在激光器的导轨上，转轴已与放电管的管轴垂直，并与激光束相交。
为激光功率计，分别接收从M 镜两界面反射输出的激光功率。
21,D D 2. M 镜的等效透射率M 镜的光路如图5-3所示光束１的反射率为ℜ，光束２和光束３的反射率为 ,光束４的反射率为，M 镜的其他反射光束与2)1(ℜ−ℜ4)1(ℜ−ℜℜ的高次方成正比，因很小可以忽略。
腔内光强通过M 镜的反射实现输出，所以M 镜两界面的反射率等小输出镜的透射率，M 镜的等效透射率ℜΓ为(20) 2242])1(1[)1()1(2ℜ−+ℜ=ℜ−ℜ+ℜ−ℜ+ℜ=Γ其中ℜ值由菲涅耳公式求得)]/arcsin(sin [)]/arcsin(sin [22n tg n tg ϕϕϕϕ+−=ℜ (21) 其中ϕ为激光束在M 镜上的入射角，n 为M 镜在6328波长处的折射率，熔石英的折射率，相应的布儒斯特角，熔石英的反射率o A 45728.1633=n 032355′′′=o b θℜ和等效透射率 Γ与入射角ϕ的关系有表5-1给出。
表５－１ 熔石英入射角和等效透射率 入射角ϕ/(o ) 反射率ℜ等效投射率Γ入射角ϕ/()o 反射率ℜ等效投射率Γ56.557.057.558.058.559.059.560.060.561.061.562.062.563.063.564.0510428.9−× 0.00022 41077.3−× 0.0090 64.5 65.0 65.5 66.0 66.5 67.0 67.5 68.0 68.5 69.0 69.5 70.0 70.5 71.0 71.5 72.0三 实验内容及要求1. 调节外腔式He—Ne 激光器调节原理及方法参看实验四《氦氖多谱线激光器》中实验内容的第一节谐振腔的调整，调出激光并使光强最大。
２. 平面镜M 的调整(1) 检查SP 转台的转轴与激光束相交，把M 镜放置在平台上，并使M 镜的入射界面与转台转轴相交，以保证M 镜在转动过程中入射点基本不变。