《A24余娜05323072氦氖激光器參數(shù)測(cè)量》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《A24余娜05323072氦氖激光器參數(shù)測(cè)量（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、氨覆激光參數(shù)測(cè)量組號(hào)：A24余娜05323072合作人：洪鋒1.激光原理概述1.1普通光源的發(fā)光普通光源發(fā)出的光是由于物質(zhì)受到外來(lái)能量的作用，原子中的電子吸收能量從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，即原子被激發(fā)，激發(fā)是一個(gè)受激吸收過(guò)程。處于高能級(jí)的電子很不穩(wěn)定，又自發(fā)躍遷回低能級(jí)，同時(shí)輻射光子。這種輻射稱為自發(fā)輻射。原子的自發(fā)輻射是隨機(jī)過(guò)程。不同原子輻射的光具有不同的方向、位相和偏振狀態(tài)，頻率也不單一。在通常熱平衡條件下，處于高能級(jí)的原子數(shù)密度遠(yuǎn)小于處于低能級(jí)的原子數(shù)密度。這是因?yàn)楦鶕?jù)玻爾茲曼分布規(guī)律，處于某一能級(jí)的原子數(shù)密度隨能級(jí)的升高成指數(shù)衰減。1.2受激輻射和光的放大由量子理論可知，電子從高能級(jí)向低能
2、級(jí)躍遷只能發(fā)生在角量子數(shù)相差也就是說(shuō)，在原子中可能存在這樣一些能級(jí)，一旦電子被激發(fā)到這些能級(jí)上,遷條件，可以使電子在這種能級(jí)上有較長(zhǎng)的壽命，這些能級(jí)稱為亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)下，電子可以迅速躍遷到低能級(jí)，并釋放光子，這個(gè)過(guò)程稱為受激輻射。受激輻射的光子與入射的誘發(fā)光子具有相同的頻率、方向、偏振狀態(tài)和位相，于是入射一個(gè)光子，可以得到兩個(gè)相同的光子，即原來(lái)的光信號(hào)被放大，這種在受激過(guò)程中產(chǎn)生并被放大的光就是激光。高能志原子o低能態(tài)原子雙能級(jí)原子中的三種躍迂1.3粒子數(shù)反轉(zhuǎn)一個(gè)誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，也能引起受激吸收。只有當(dāng)處在高能級(jí)的粒子數(shù)比低能級(jí)的粒子數(shù)多時(shí)，受激輻射才能超過(guò)受激吸收。由此可見(jiàn)，使光源發(fā)
3、射激光的關(guān)鍵是發(fā)光原子處在高能級(jí)的數(shù)目比處在低能級(jí)上的多。這種情況稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。2 .激光器的結(jié)構(gòu)激光器一般包括三個(gè)部分，工作物質(zhì)、激勵(lì)源和諧振腔。2.1激光工作物質(zhì)1的兩個(gè)狀態(tài)之間。由于不滿足上述躍但在外加光的刺激激光的產(chǎn)生須選擇合適的工作物質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體，在這種物質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件。2.2激勵(lì)源為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵(lì)原子體系，使處于上能級(jí)的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放電的辦法來(lái)利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子，稱為電激勵(lì)；也可用脈沖光源來(lái)照射工作介質(zhì)，稱為光激勵(lì)；還有熱激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)等。各種激勵(lì)方式被形象化
4、地稱為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地泵浦”以維持處于上能級(jí)的粒子數(shù)比下能級(jí)多。2.3諧振腔有了工作物質(zhì)和激勵(lì)源，可以產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很小。于是人們用光學(xué)諧振腔對(duì)之進(jìn)行放大。光學(xué)諧振腔實(shí)際上是在激光器兩端面對(duì)面裝上兩塊反射率很高的反射鏡，一面幾乎全反射，一面大部分反射，以使激光透過(guò)這面鏡子射出。被反射回工作物質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)受激輻射，光被放大。因此，光在諧振腔中來(lái)回振蕩，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光，從部分反射的鏡子一端輸出。3 .技術(shù)參數(shù)氮敏激光器港振腔曲率芋仔1 11111118 8中心波長(zhǎng)632島nm共焦球面掃描干涉儀腔長(zhǎng)凹面反射鏡曲率半徑20mm凹面反射轆反射率9
5、9%精細(xì)常數(shù)100自由光譜范圍4GIIz4 .氫速激光器系列實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一氨就激光束光斑半徑和發(fā)散角的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握測(cè)量激光束光斑大小和發(fā)散角的方法、3.深入理解基膜激光束橫向光場(chǎng)的高斯分布的特性及激光束發(fā)散角的意義。實(shí)驗(yàn)儀器用具氨窺激光器、光功率指示儀、硅光電池接受器、狹縫、微動(dòng)位移臺(tái)、準(zhǔn)直光源和準(zhǔn)直小孔。實(shí)驗(yàn)原理激光器發(fā)出的激光束在空間的傳播如圖1-1所示，光束截面最細(xì)處成為束腰。我們將柱坐標(biāo)(z、r、4)的原點(diǎn)選在束腰截面的中點(diǎn)，z是光束傳播方向。束腰截面半徑為w距束腰為z處的光斑半徑為w(z),則z21/2w(z)Wo1()W0其中是激光波長(zhǎng)。上式可改寫(xiě)成雙曲線方程圖1T激光束的發(fā)
6、散用國(guó)I2高斯光束的振幅分布和光強(qiáng)分布2激光束橫向光場(chǎng)分布如圖1-1,激光束沿z軸傳播，其基模的橫向光場(chǎng)振幅隨柱坐標(biāo)值r的分布為高斯分布的形式/胡I(1.2)式中Eoo(z)是離束腰z處橫截面內(nèi)中心軸線上的光場(chǎng)振幅，w(z)是離束腰z處橫截面的光束半徑，則Eoo(r)是該橫截面內(nèi)離中心r處的光場(chǎng)振幅。由于橫向光場(chǎng)振幅分布是高斯分布，故這樣的激光束稱為高斯光束。當(dāng)量值r=w(z)時(shí)，則E00(r)為E00(z)的1/e倍。可以將光束半徑w(r)定義為振幅下降到中心振幅1/e的點(diǎn)離中心的距離。實(shí)際測(cè)量中，我們測(cè)得的是光束橫向光強(qiáng)分布，光強(qiáng)正比于振幅的平方，故將式2兩邊平方,得&(力=%(z)exp
7、(z)exp-2r-2r3 31 1=幾匕)必。，計(jì)產(chǎn)(力(1.3)(1.3)(HlW02/W0/)2雙曲線的形狀已畫(huà)在圖1-1中。我們定義雙曲線漸近線的夾角22w(z)/z(z很大)Wo為激光束的發(fā)散角，則有(1.1)由式(1.1)可知，只要我們測(cè)得離束腰很遠(yuǎn)的z處的光斑大小2w(z),便可算出激光束發(fā)散角式中I表示對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)，光束半徑w(z)也可以定義為光強(qiáng)為中心光強(qiáng)的e2倍的點(diǎn)離中心點(diǎn)的距離。圖1-2中畫(huà)出了激光束橫向振幅分布(虛線)和光強(qiáng)分布(實(shí)線)。3光束半徑和發(fā)散角的測(cè)量本實(shí)驗(yàn)對(duì)氨窺激光束的光束半徑和發(fā)散角進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置如圖1-3所示。所用的激光器是平凹型諧振腔氨窺激光器，
8、其腔長(zhǎng)為L(zhǎng)、凹面曲率半徑為R,則可得到其束腰處的光斑半徑為L(zhǎng)1/2R1/4Wo（一）（1）（1.4）由這個(gè)W0值，也可從2/Wo算出激光束的發(fā)散角仇這種激光器輸出光束的束腰位于諧振腔輸出平面鏡的位置，我們測(cè)量距束腰距離約為35m處的光束半徑。為了縮短測(cè)量裝置的長(zhǎng)度，采用了平面反射鏡折返光路，如圖1-3所示。測(cè)量狹縫連同其后面的硅光電池作為一個(gè)整體沿光束直徑方向作橫向掃描，由和硅光電池連接的反射式檢流計(jì)給出激光束光強(qiáng)橫向分布。根據(jù)測(cè)得的激光束光強(qiáng)橫向分布曲線，求出光強(qiáng)下降到最大光強(qiáng)的e2（e=2.718281828,e2=0.13533）倍處的光束半徑，它就是激光光斑大小的描述。然后根據(jù)式算出光
9、束發(fā)散角。測(cè)量時(shí)應(yīng)使測(cè)量狹縫的寬度是光斑大小的1/10以下。圖測(cè)量裝置示意圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1打開(kāi)準(zhǔn)直光源和氨窺激光器電源，將準(zhǔn)直小孔靠近準(zhǔn)直光源，使準(zhǔn)直激光透過(guò)小孔。調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源前端的三個(gè)可調(diào)旋鈕，使準(zhǔn)直光透過(guò)小孔時(shí)不發(fā)生衍射（可利用一塊硬紙片觀察透過(guò)小孔到達(dá)紙片上的光有沒(méi)有衍射花紋）。然后使小孔遠(yuǎn)離準(zhǔn)直光源，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源后端的三個(gè)旋鈕，使光束垂直于小孔所在平面透過(guò)小孔。調(diào)節(jié)氨窺激光器上的可調(diào)旋鈕，使由內(nèi)腔鏡反射回小孔所在屏上的光為一透過(guò)小孔的光點(diǎn)，且亮度達(dá)到最大。放上外腔鏡，調(diào)節(jié)外腔鏡與內(nèi)腔鏡平行，使產(chǎn)生激光振蕩，并使輸出光最亮，即能量達(dá)到最大。按圖1-3擺好其他儀器，并調(diào)節(jié)各儀器共軸。由左
10、到右依次是激光器、激光器的外腔鏡、45度反射鏡、光功率探頭、準(zhǔn)直小孔和準(zhǔn)直光源。其中光功率探頭與光功率指示儀相連，與硅光電池相連的狹縫裝在光功率探頭側(cè)面，狹縫豎直放置。平面反射鏡裝在帶有標(biāo)尺的調(diào)節(jié)架上，調(diào)節(jié)架置于導(dǎo)軌側(cè)面一定距離處。2調(diào)整標(biāo)尺及平面反射鏡使激光束照亮測(cè)量狹縫，并使狹縫處于接近光斑邊緣處。取Z值約35m,Z=外腔鏡到45度反射鏡的距離+45度反射鏡到平面反射鏡的距離+平面反射鏡到光斑的距離，用卷尺測(cè)量上述三段距離?？p寬應(yīng)小于光斑大小1/10。3光強(qiáng)橫向分布的測(cè)量移動(dòng)微動(dòng)平臺(tái)，使狹縫和硅光電池接收器同時(shí)掃過(guò)光束，移動(dòng)的方向應(yīng)與光傳播方向垂直，狹縫先經(jīng)過(guò)光斑中間，再向邊緣移動(dòng)。每隔0
11、.10.2mm:記錄光功率指示儀的讀數(shù)，重復(fù)測(cè)量三次，進(jìn)行激光束的光強(qiáng)橫向分布測(cè)量。4光斑半徑W(Z)及發(fā)散角。的確定：以平均值作出光功率指示儀隨測(cè)量位移之間的變化曲線，由曲線求出光斑半徑W(Z),并算出。值，用式(1.4)算出發(fā)散角將0的確定值和式值進(jìn)行比較。注意事項(xiàng).切忌直接迎著激光傳播方向觀察；.注意激光高壓電源，以免觸電和短路；.測(cè)量發(fā)散角時(shí)應(yīng)減小震動(dòng)，避免光斑在狹縫口晃動(dòng)，導(dǎo)致光功率測(cè)量不準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2008年3月25日14:3017:30測(cè)得激光器諧振腔腔長(zhǎng)L=32.65cm,光斑離束腰的距離Z=180.1*2+10.8=371.0cm每隔0.2mm記錄一個(gè)光功率
12、指示儀的讀數(shù)，測(cè)量光強(qiáng)橫向分布，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1表1坐標(biāo)/mm3.203.403.603.804.004.204.404.604.80功率1/uw1.31.62.03.03.23.95.66.68.0功率2/uw1.21.52.12.93.14.05.86.48.2功率3/uw1.41.52.22.83.24.35.66.38.4平均值/uw1.31.52.12.93.24.15.76.48.2坐標(biāo)/mm5.005.205.405.605.806.006.206.406.60功率1/uw10.310.711.514.616.216.917.419.420.1功率2/uw9.410.411.614
13、.516.316.617.719.220.2功率3/uw9.610.012.314.416.316.617.919.020.6平均值/uw9.810.411.814.516.316.717.719.220.3坐標(biāo)/mm6.807.007.207.407.60功率1/uw21.221.722.122.321.9功率2/uw21.021.822.322.421.4功率3/uw21.321.521.922.321.1平均值/uw21.221.722.122.321.5求出功率的三個(gè)測(cè)量值的平均值，作出平均功率隨坐標(biāo)的變化曲線如下圖I IU-U-*$日；7.13857.1385校向嚨標(biāo)rAmmrAmm
14、利用Origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行高斯擬合，擬合數(shù)據(jù)如下:GaussfittoData1_B:ChiA A2/DoF0.15734RA A20.99772AreaCenterWidthOffsetHeight96.8407.23833.4681-0.3709922.280可知，最大光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為rm=7.24mm,利用“ScreenReader”工具找出最大光強(qiáng)為Imax21.97w,則最大光強(qiáng)的e2應(yīng)為2Iw(z)Imax*e221.97*0.13532.97w,w(z)rmrw(z)7.243.863.38mm2*3.383710可見(jiàn)，激光束的發(fā)散角很小。IR由式(1.4)w0()1/
15、2(R1)得該激光束腰半徑為32.65*632.8*101/21001/42w0()(1)3.08*10(cm)0.308mm3.1432.65再由式2/w0得激光束的發(fā)散角為:實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該標(biāo)準(zhǔn)值比較，相對(duì)誤差為:0.0018220.0013090.0013092.97w對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為rw(z)=3.86mm,故光束半徑為:由(1.1)式2w(z)/z得光束發(fā)散角為:0.001822(以厘米為單位計(jì)算):2*632.8*1063.14*0.3080.001309100%39.2%實(shí)驗(yàn)誤差較大，誤差的來(lái)源可能有：(1)Z值由三段組成，三段均由卷尺測(cè)量，起點(diǎn)和終點(diǎn)都不能準(zhǔn)確確定，誤差較大。(2)測(cè)
16、量光強(qiáng)時(shí)，由于外界環(huán)境的不穩(wěn)定及雜散光的影響可能會(huì)導(dǎo)致光強(qiáng)測(cè)量不準(zhǔn)確。(3)坐標(biāo)7.60mm之后的光強(qiáng)變化不符合理論，故將之后的數(shù)據(jù)剔除，因此測(cè)量的數(shù)據(jù)不夠完整，可能導(dǎo)致得出的光強(qiáng)最大值不準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)二共焦球面掃描干涉儀與氮速激光模式分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解掃描干涉儀原理，掌握其使用方法。2.學(xué)習(xí)觀測(cè)激光器橫模和縱模的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)儀器用具掃描干涉儀，高速光電接收器及其電源，鋸齒波發(fā)生器，示波器，氨窺激光器及其電源，準(zhǔn)直光源和準(zhǔn)直小孔。實(shí)驗(yàn)原理1.共焦球面掃描干涉儀工作原理共焦球面掃描干涉儀(簡(jiǎn)寫(xiě)為FPS)由兩個(gè)曲率半徑r相等、鍍有高反膜層的球面鏡M1和M2組成，二者之間的距離L稱作腔長(zhǎng)，如圖2-1
17、所示。壓電陶瓷內(nèi)外兩面加上鋸齒波電壓后，驅(qū)動(dòng)一個(gè)反射鏡作周期性運(yùn)動(dòng)，用以改變腔長(zhǎng)L而實(shí)現(xiàn)光譜掃描。由于腔長(zhǎng)L恰等于曲率半徑r,所以兩反射鏡焦點(diǎn)重合，組成共焦系統(tǒng)。當(dāng)一束波長(zhǎng)為的光近軸入射到干涉儀內(nèi)時(shí)，在忽略球差情況下，光線走一閉合路徑，即光線在腔內(nèi)反射，往返兩次之后又按原路行進(jìn)。從圖2-1可以看出，一束入射光將有1、2兩組透射光。若m是光線在腔內(nèi)往返的次數(shù)，則1組經(jīng)歷了4m次反射；2組經(jīng)歷了4m+2次反射。設(shè)反射鏡的反射率為R,Harcher給出了1、2兩組的透射光強(qiáng)分別為圖2-1共焦球面掃描干涉儀內(nèi)部北路圖這里I0是入射光強(qiáng)，T是透射率，B是往返一次所形成的位相差，即2n2L2/門(mén)2是腔內(nèi)介
18、質(zhì)的折射率。當(dāng)k時(shí)(k是任意整數(shù))，即4n2Lk(2.4)(2.3)A A時(shí)，透射率有極大值TmaxI1/I0T2/(1R2)2(2.5)圖2-2活見(jiàn)的橫模光斑圖（1）激光器的縱模當(dāng)腔長(zhǎng)L恰是半個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，才能在腔內(nèi)形成駐波，形成穩(wěn)定的振蕩，故有，Lq/2（2.8）q即為縱模的階數(shù)，是光波在激活物質(zhì)中的波長(zhǎng)，故有c/n2,c是光速。代入式（2.8）得v0qc/2n2Lqvq為在腔內(nèi)能形成穩(wěn)定振蕩的頻率，不同的整數(shù)q值對(duì)應(yīng)著不同的輸出頻率vq。相鄰兩縱模的頻率差為由于腔內(nèi)存在著各種各樣的吸收，我們假設(shè)吸收率為A,則有RTA1(2.6)將式（2.6）代入式（2.5）,在反射率RQ1情況下，1
19、R2,1RTA,于是max124(1A/T)(2.7)據(jù)式（2.4）可知，改變腔長(zhǎng)L或改變腔內(nèi)介質(zhì)的折射率,就可以使不同波長(zhǎng)的光以最大透射率透射，實(shí)現(xiàn)光譜掃描?？捎酶淖兦粌?nèi)氣體氣壓的方法來(lái)改變n2,本實(shí)驗(yàn)中將鋸齒波電壓加到壓電陶瓷上驅(qū)動(dòng)和壓電陶瓷相連的反射鏡來(lái)改變腔長(zhǎng)L,以達(dá)到光譜掃描的目的2激光器的振蕩模式激光器內(nèi)能夠發(fā)生穩(wěn)定光振蕩的形式稱為模式。通常將模式分為縱模和橫模兩類。縱模描述了激光器輸出分立頻率的個(gè)數(shù)；橫模描述了在垂直于激光傳播方向的平面內(nèi)光場(chǎng)的分布情況。激光的線寬和相干長(zhǎng)度由縱模決定，而光束發(fā)散角、光斑直徑和能量的橫向分布則由橫模決定。我們用符號(hào)TEMmnq來(lái)描述激光諧振腔內(nèi)電磁
20、場(chǎng)的情況。TEM代表橫向電磁場(chǎng)，m、n腳標(biāo)表示沿垂直于傳播方向某特定橫模的階數(shù)，q表示縱模的階數(shù)。一般q可以很大，m、n都很小X岸TEMUc/2n2L（2.9）激光器對(duì)不同頻率有不同的增益，只有當(dāng)增益值大于閾值的頻率才能形成振蕩而產(chǎn)生激光。例如L=1m的氨窺激光器，其相鄰縱模頻率差c/2L1.5108Hz,若其增益曲線的頻寬為1.5109Hz，則可輸出10個(gè)縱模。腔長(zhǎng)L越短，則越大，輸出的縱模就越少。對(duì)于增益頻寬1.5109Hz的激光，若L小于0.15m,則將輸出一個(gè)縱模，即輸出單縱模的激光。（2）激光器的橫模對(duì)于滿足形成駐波共振條件的各個(gè)縱模來(lái)說(shuō)，還可能存在著橫向場(chǎng)分布不同的橫模。同一縱模不
21、同橫模，其頻率亦有差異。某一個(gè)任意的TEMmnq模的頻率mnq經(jīng)計(jì)算得c2/呻=TTQg+(而+制斗一一)】4l4lt tL Litit5 5% %其中rV2分別是諧振腔兩反射鏡的曲率半徑。若橫模階數(shù)由nnn,則有4川上Lir：G兩式相減，得不同橫模之間的頻率差Oaiwos（l-）（1-）T22%LK3r,2%LK3r,（2n將橫模頻率差的式（2.10）和縱模頻率差的式（2.9）相比，二者差一個(gè)分?jǐn)?shù)因子，并且相鄰橫模之間的頻率差一般總是小于相鄰縱模頻率差c/2n2L的。例如，增益頻寬為91.510Hz、腔長(zhǎng)L=0.24m的平凹（r1m,2）諧振激光器，其縱模頻率差按式（2.9）算得為6.251
22、08HZ；對(duì)于橫模TEM00和橫模TEM01之間的頻率差00,01，將各值代入，可得相鄰橫摸頻率差A(yù)v-01=乂(0+l)arecos(l-)(1: :=1=1.02x10/5保陽(yáng)2Mo.24K1e九=1.01I*)1.5109Hz里含有2.5個(gè)縱模。當(dāng)用掃描干涉儀來(lái)分析這支激光器的模式時(shí)，若它僅存在TEM00模，有時(shí)可看到3個(gè)尖峰，有時(shí)看到兩個(gè)尖峰;模時(shí)，可有兩組或三組尖峰，有的組可能有一個(gè)峰。這些都是由于激光器腔長(zhǎng)的。用掃描干涉儀分析激光器模式是很方便的。m增到mmm,n增到這支激光器的增益頻寬當(dāng)還存在TEM01L的變化所得到修23注生球向掃描T涉儀內(nèi)郃結(jié)枸示意圄3共焦球面干涉儀的性能指標(biāo)
23、(1)自由光譜范圍由干涉方程式(2.4)對(duì)k和求全微分得kk,則2(/k)|ki/4&L(2.11)式(2.11)所表示的就是干涉儀的自由光譜范圍。由|/|/可知，用頻率間隔來(lái)表示光譜自由范圍則有|c/4n2L(2.12)自由光譜范圍在n2=1時(shí)，僅由腔長(zhǎng)L決定。它表征波長(zhǎng)在范圍內(nèi)的光,產(chǎn)生的干涉圓環(huán)不相互重疊。分辨本領(lǐng)R0干涉儀的分辨本領(lǐng)R0定義為波長(zhǎng)人和在該處可分辨的最小波長(zhǎng)間隔的比值，即(2.13)精細(xì)常數(shù)F精細(xì)常數(shù)F是描述干涉儀譜線的細(xì)銳程度的，它被定義為干涉儀的自由光譜范圍和分辨極限之比，即F/(2.14)F也表征了在自由光譜范圍內(nèi)可分辨的光譜單元的數(shù)目。 干涉儀精細(xì)常數(shù)受反射鏡面的
24、規(guī)整度和反射率R影響。 共焦球面干儀的反射率R和精細(xì)常數(shù)F之間有如下關(guān)系2FR(1R)(2.15)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟.根據(jù)激光器的腔長(zhǎng)L,用式(2.9)計(jì)算縱模頻率差，再用式(2.10)計(jì)算它1階和2階橫模頻率差。.根據(jù)干涉儀的曲率半徑計(jì)算出干涉儀的自由光譜范圍，再由給定的反射率計(jì)算出精細(xì)常數(shù)F。.在實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，撤掉45度反射鏡、光功率探頭、狹縫及裝有平面反射鏡的支架，換上掃描干涉儀和高速光電接收器，其中掃描干涉儀與鋸齒波發(fā)生器相連，光電接收器與示波器相連。調(diào)節(jié)各器件共軸。.打開(kāi)鋸齒波發(fā)生器和示波器電源，在示波器上觀察激光器輸出光的縱模和橫模，并解釋產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因。注意事項(xiàng)06165
25、7900018-Numbered_ffa7e73b-f78b-4f5f-9a52-a75fd4fa8071-Numbered_aaaf8590-ea5b-4712-ba42-b8a6a431c.掃描干涉儀的壓電陶瓷易碎，應(yīng)輕拿輕放。061657901018-Numbered_ffa7e73b-f78b-4f5f-9a52-a75fd4fa8071-Numbered_aaaf8590-ea5b-4712-ba42-b8a6a431c.掃描干涉儀的通光孔在平時(shí)不用時(shí)應(yīng)用膠帶封好，防止灰塵進(jìn)入。061657902018-Numbered_ffa7e73b-f78b-4f5f-9a52-a75fd4f
26、a8071-Numbered_aaaf8590-ea5b-4712-ba42-b8a6a431c.鋸齒波發(fā)生器不允許空載，必須連接掃描干涉儀后才能打開(kāi)電源。實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理Ro/實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2008-03-2517:3018:00昀攀 挀戀 愀攀 愀 攙攙昀愀挀戀昀攀攙.計(jì)算縱模和橫模頻率差已知掃描干涉儀的腔長(zhǎng)為l=20mm,腔內(nèi)介質(zhì)(即空氣)折射率為1,激光器的腔長(zhǎng)為L(zhǎng)=32.65cm由式(2.9)得相鄰縱模頻率差為:昀攀 挀戀 愀攀 愀 攙攙昀愀挀戀昀攀攙.計(jì)算干涉儀的自由光譜范圍和精細(xì)常數(shù)已知干涉儀的腔長(zhǎng)和曲率半徑均為20mm,由式（2.11）得:（a）（b）上圖（a）中只有一個(gè)很高的峰
27、，輸出的是單縱模。此時(shí)共焦腔腔長(zhǎng)滿足式（2.4）4n2Lk,即為該但縱模對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。滿足式（2.4）時(shí)，波長(zhǎng)為的模式的光的透過(guò)率最大，因而示波器上只顯示出一個(gè)很高的波峰，其他模式的光基本上被抑制了。隨著加在壓電陶瓷上的電壓的變化，腔長(zhǎng)改變了，不再滿足式（2.4）,此時(shí)其他模式的光的透過(guò)率增大，因而每組尖峰不止一個(gè)波峰，這也說(shuō)明（a）中縱模對(duì)應(yīng)有橫模。隨著電壓周期性變化，每組尖峰里有時(shí)有兩個(gè)波峰，有時(shí)只有一個(gè)波峰（見(jiàn)視頻文件“激光器模式觀測(cè).AVI）,說(shuō)明該縱模對(duì)應(yīng)有TEM00和TEM01兩個(gè)橫模。c/2n2L3*1082*0,32654.6*108Hz1階橫模頻率差為:00,013*1081(
28、02*1*0,32651)arccos(10.3265丁)(10.3265)1/28.9*107Hz2階橫模頻率差為:2*00,20200,011.78*108Hz2/4n2L_92(632.8*10)4*0.02125.005*10m精細(xì)常數(shù)F_2R(1R)_2、_*0,99*(10.99)0.0623.調(diào)節(jié)示波器只顯示鋸齒波上升沿對(duì)應(yīng)的激光輸出波形，觀察到如下圖所示波形:5.實(shí)驗(yàn)總結(jié)1,由于預(yù)習(xí)不夠充分以及缺乏經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在調(diào)節(jié)光路準(zhǔn)直和調(diào)節(jié)激光器外腔鏡與內(nèi)反射鏡平行使之產(chǎn)生激光振蕩上花了比較長(zhǎng)的時(shí)間，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)二有部分未完成。有待提高。.對(duì)激光器的輸出模式還沒(méi)有理解透徹，對(duì)如何由示波器上的波形推斷輸出的是哪一種模式還不是很清楚，有待進(jìn)一步研究。.測(cè)量光斑離束腰處的距離Z時(shí)，由外腔鏡到45度反射鏡的距離忘記測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中用的是估計(jì)值，以后應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況。
A24余娜05323072氦氖激光器參數(shù)測(cè)量
