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1、
氦氖激光器調(diào)試實驗
一、 實驗目的
1、 了解He-Ne激光器的工作原理和基本結(jié)構(gòu)；
2、 掌握外腔式He-Ne激光器的F-P腔調(diào)節(jié)技術；
3、 分析放電電流對激光輸出功率的影響。
二、 實驗儀器
外腔式He-Ne激光器、準直光源，光學導軌，激光功率計，光闌，腔鏡。
三、 實驗原理
一、激光原理概述
1普通光源的發(fā)光一一受激吸收和自發(fā)輻射
普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽等的發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外 來能量（如光能、電能、熱能等）作用時，原子中的電子就會吸收外來能量而從 低能級躍遷到高能級，即原子被激發(fā)。在沒有外界作用時會自發(fā)地向低能級（E1） 躍遷，躍遷時將
2、產(chǎn)生光（電磁波）輻射。輻射光子能量為
hv = E2 - %
2受激輻射和光的放大
（a）自發(fā)輻射
（b）受激吸收
?高能態(tài)原子（c）低受激發(fā)射子 雙能級原子中的三種躍遷
受激輻射的過程大致如下：原子開始處于高能級E2,當一個外來光子所帶 的能量hu正好為某一對能級之差E2-E1,則這原子可以在此外來光子的誘發(fā)下從 高能級E2向低能級E1躍遷。這種受激輻射的光子有顯著的特點，就是原子可 發(fā)出與誘發(fā)光子全同的光子，不僅頻率（能量）相同，而且發(fā)射方向、偏振方向 以及光波的相位都完全一樣。于是，入射一個光子，就會出射兩個完全相同的光 子。這意味著原來光信號被放大，這種在受激過程中產(chǎn)生
3、并被放大的光，就是激光。
3粒子數(shù)反轉(zhuǎn)
一個誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，而且它也能引起受激吸收，所以只有當 處在高能級的原子數(shù)目比處在低能級的還多時，受激輻射躍遷才能超過受激吸 收，而占優(yōu)勢。由此可見，為使光源發(fā)射激光，而不是發(fā)出普通光的關鍵是發(fā)光 原子處在高能級的數(shù)目比低能級上的多，這種情況，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。但在熱平 衡條件下，原子幾乎都處于最低能級（基態(tài)）。因此，如何從技術上實現(xiàn)粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)則是產(chǎn)生激光的必要條件。
4激光器的結(jié)構(gòu)
激光器一般包
括三個部分：激光工作介質(zhì)；激勵源；諧振腔
二 He-Ne 氣
體激光器工作原
理：
氣體激光器的種 類很多，He-Ne氣體 激光
4、器是目前應用 最廣泛的氣體激光 器。由于它的發(fā)散角 小、單色性和方向性 極好、穩(wěn)定性高，故 在準直、計量、全息、 檢測、導向、信息處 理、醫(yī)療等技術中得 到了廣泛的應用。但 He-Ne氣體激光器的 輸出功率較小， He-Ne氣體激光器的 輸出功率只有
波數(shù)
17
1
6
15
14
13
12
11
I電
I子
I碰
I撞
激
|發(fā)
I He
3S （2p55s）
共振轉(zhuǎn)移_ 3390nm3P （ 2p55p
I電
I子
I碰
I撞
激
1S
2S（ 2p5 4s）
32.8nm
2P（ 2p53p
（2p53s）
I管壁效應馳豫
N
5、e
1S
0
1 100mW，最常用的25cm的激光管，放電電流為5mA,高壓為1500V，輸出功 率為1.5mW，效率僅為0.02%。制作He-Ne氣體激光器時，為了在有限的腔長 內(nèi)，盡可能獲得較大的功率輸出，要選擇最佳的放電條件。所謂最佳放電條件是 指一定管徑和管長的He-Ne氣體激光器在適當?shù)目倸鈮骸怏w配比和放電電流 下運轉(zhuǎn)，以獲得最大功率的激光輸出。
四、實驗內(nèi)容與步驟：
1、將準直光闌放在準直用的氦氖激光器和半外腔氦氖激光器之間，取掉其 他元件。
2. 、開啟光具座上的準直氦氖激光器的電源，前后移動準直光闌，使準直氦 氖激光器的激光都能穿過準直光闌。
3、 調(diào)節(jié)固
6、定半外腔氦氖激光器兩個環(huán)上的六個旋鈕，使穿過準直光闌的氦 氖激光穿過半外腔氦氖激光器的毛細管，并照到其后面的全反鏡上。
4、 再仔細調(diào)節(jié)半外腔氦氖激光器兩個環(huán)上的六個旋鈕，使從全反鏡反射的 激光再次穿過毛細管，照射到光闌的中心，這時半外腔氦氖激光器的激光管的軸 線與準直光線重合。
5. 、從點燃的氦氖激光器判斷毛細管的軸線是否通過光闌。
毛細管點燃時，呈桔紅色（氖光色），但管內(nèi)軸心卻有一束蘭白色的光（氦 光色）。當通過針孔板從毛細管前端觀察毛細管內(nèi)部時，只要人的瞳孔正對著毛 細管軸線，可以看到管中心處有一個蘭白色亮點，其直徑約為0.2mm，它是軸心 光束的前端點，如圖2 （a）所示?？嗤?/p>
7、孔偏高，就看不全這個亮點，可以看到如圖 2（b）所示的光點，它象拖著尾巴似的，亮點頭朝下，尾巴朝上。圖2（c）、（d）、 （e）所示圖形是瞳孔偏下、偏右或偏左時觀察到的軸心光束。小亮點是毛細管的中 心，是軸線的前端點，也是調(diào)試的基準點。這時，可關掉電流源，根據(jù)光學原理 來調(diào)試諧振腔。
6、 將曲率半徑為1m的反射鏡放在半外腔氦氖激光器的布儒斯特窗前，作為 輸出鏡。調(diào)節(jié)其上的水平和俯仰旋鈕，使反射的準直氦氖激光返回光闌。
7、 打開電流源，電流加到10mA左右，會發(fā)現(xiàn)有激光輸出，若沒有，稍微 調(diào)節(jié)一下輸出鏡，則會出光，還沒有，就要按照前面的步驟重新仔細調(diào)節(jié)了。
8、 激光調(diào)出來后，打開功率計，將功率計探頭放在輸出鏡前，調(diào)節(jié)輸出鏡 使輸出功率最大。
9、 調(diào)節(jié)泵浦電流的大小，使輸出功率再次最大，此電流即為激光器的最佳 放電電流。
五：注意事項
1、 He-Ne激光器電源電壓較高，應注意安全。
2、 不要讓氦氖激光射入眼睛。
3、 加輸出鏡后，不要看氦氖激光器毛細管中的亮點，防止突然出光，損壞 眼睛。
4、 不要碰光學元件的表面，防止損壞鍍膜
氦氖激光器的調(diào)試實驗
