激光原理与技术
实验指导书
编著：刘安玲
孙利平
刘莉
黄利元
周远
谭志光
袁媛
长沙学院电子与通信工程系
光电通信实验室光电信息工程教研室
2010年1月
目录
实验一晶体的电光效应实验 (1)
实验二声光效应实验 (5)
实验三ND：YAG激光器调腔实验 (14)
实验四ND：YAG激光器调Q实验 (22)
实验五ND：YAG激光器倍频实验 (27)
实验六氦氖激光器调腔及其性能研究实验 (31)
实验一晶体的电光效应实验
一、实验目的
1．研究LN晶体的一次电光效应特性，了解电场对晶体的作用机理。
2．掌握电光调制的工作原理及光路调整方法。
3．了解LN晶体横向电光效应在光通信中的应用，并通过实验对光通信中的调制、传输、解调过程有一个感性认识。
二、实验原理
电光效应一般是指介质在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应。
电光效应按电压与折射率变化的关系可分为：一级电光效应和二级电光效应。一级电光效应是指介质折射率的变化正比于电场强度，是由Pockels于1893年发现的，故也称为Pockels（泡克尔斯）效应。二级电光效应是指介质折射率的变化与电场强度的平方成正比，是Kerr于1875年发现的，因此，也称为Kerr（克尔）效应。泡克尔斯效应一般发生在本来就各向异性的介质中，如各种晶体。而kerr效应一般发生在各向同性的介质中。它们的作用机理，都是由于电场对介质极化的结果：即介质中的分子在电场作用下被极化或原极化方向发生变化。Kerr效应较明显的材料一般有硝基笨等。其自然状态是各向同性的，在被电场极化后变为各向异性，产生双折射现象。而Pockels效应则多发生在一些晶体如LiNbO3(铌酸锂，简称LN)晶体上，他们本来就是单轴晶体，各向异性、电场的极化使它们原极化情况发生变化，由单轴晶体变为双轴晶体。
在极化的方式上。一般又有横向施加电场（垂直于光轴）和纵向施加电场（平行于光轴）二种方式。由于横向电场的Pockels效应具有半波电压低、线性度较好的特点，因此得到了广泛应用。按此方式制成的电光调制器被广泛地应用于光通讯领域，成为当今信息社会不可或缺的一项技术。
在本实验中，我们采用对LN晶体横向施加电场的方式来研究LiNbO3晶体的电光效应。其中，晶体被加工成5×5×30mm3的长条，光轴沿长轴通光方向，在两侧镀有导电电极，以便施加均匀的电场。
LN在自然状态下是一种比较典型的单轴晶体，具有很好的电光特性。当我们对晶体施加电压时，材料中的极化情况发生变化，会产生出一个新的光轴，从而使晶体产生了一个附
加的各向异性。
如果一束线偏振光通过这样一个晶体，让我们看一下在施加电压前后晶体对它有何影响：在加压前晶体是一个单轴晶体，且光轴在长轴通光方向。一束沿通光方向传播的线偏振光，将不会发生双折射现象，不会被分解成o光e光，当光穿过晶体离开时，其偏振态将不会发生变化，还是一个按原方向振动的线偏振光。
当我们在晶体两侧施加一定强度的电压后，由于分子的极化方向受电场影响发生了变化，并生成了一个新的附加光轴，使晶体由原来的单轴晶体变为双轴晶体，这时沿通光方向传播的光将不再与光轴平行，双折射现象将会发生，穿过晶体。这将使经过的光的偏振态发生变化。如果我们在晶体后放有一个检偏器，我们就会观察到在施加电场前后，通过检偏器的光强会有变化。
通过上面的分析我们看到，如果一束光通过一个由起偏器、LN晶体、检偏器组成的一个系统，我们就可以通过对LN晶体施加电压来改变系统的输出光强，从而实现对输出光强的控制。如果这个电压是一系列电脉冲信号的话，则可实现了对光的调制。晶体的电光调制正是基于这个原理。
三、实验仪器
1．光学实验导轨 800mm 1 根
2．导轨滑块 6 个
3．二维可调半导体激光器 650nm 4mW 1 套
4．激光功率指示计 1 套
5．偏振片 2 套
6．1/4波片 1 套
7．三维可调电光晶体及附件 1 套
8．二维可调扩束镜 1 套
9．二维可调光电二极管探头 1 套
10．白屏 1 个
11. 双踪示波器 1台
12. 音频信号源 1个
四、实验内容与步骤
1、验证LN晶体在自然状态下的单轴晶体特性和施加电压后晶体变为双轴晶体的情况
为此，我们采用会聚偏振光的干涉图像来直观地对其进行观察。实验步骤和光路如下：
1）将半导体激光器、起偏器、扩束镜、LN晶体、检偏器、白屏依次摆放，使扩束镜紧靠LN晶体
2）分别接连好半导体激光器电源（在激光功率指示计后面板上）和晶体驱动电源（千万不可插错位）将驱动电压旋钮逆时针旋至最低。
3）打开激光功率指示计电源，激光器亮。调整激光器的方向和各附件的高低，使各光学元件尽量同轴且与光束垂直，旋转起偏器，使透过起偏器的光尽量强一些（因半导体激光器的输出光为部分偏振光）
4）观察白屏上的图案并转动检偏器观察图案的变化，应可观察到由十字亮线或暗线和环
形线组成的图案。这种图案是典型的会聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图案
5）打开晶体驱动电源，将状态开关打在直流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调高驱动电压，观察白屏上图案的变化。将会观察到图案由一个中心分裂为两个心，这是典型的会聚偏振光经过双轴晶体时的干涉图案。
2、研究LN晶体的电光特性和特征参量
实验步骤和光路如下：
1）将上个实验中的扩束镜和LN晶体取下，使系统按激光器、起偏器、检偏器、白屏排列。
2）打开激光功率指示计电源，调整系统光路，使光学元件尽量与激光束等高、同轴、垂直。
3）旋转起偏器、使透过起偏器的光尽量强一些，旋转检偏器使白屏上的光点尽量弱。这时起偏器与检偏器相互垂直，系统进入消光的状态。
4）将LN晶体放置于起偏器与检偏器之间，调整其高度和方向尽量使LN晶体与光束同轴、垂直。
5）将晶体驱动电源的电压调至最低，状态开关打到直流状态，观察白屏上的光斑亮度。仔细调整LN晶体的角度和方位，尽量使白屏上的激光光斑最暗（理论上讲，LN晶体的加入应对系统的消光状态无影响，但由于LN晶体本身固有的缺陷和激光光束的品质问题，系统消光状态将会变化）。
6）取下白屏换上激光功率计探头，记下此时的光功率值Pmin
7）顺时针旋转电压调整旋钮，缓慢调高驱动电压，并记录下电压值和激光功率值，可每50V记录一次。特别注意记录最大功率值Pmax和对应的电压值Vλ/2
8）根据上两步记录的数据，求出系统消光比
M= Pmax / Pmin 和半波电压Vλ/2
画出电压与输出功率的对应曲线(可在全部实验结束后进行)。
9）取下LN晶体，旋转检偏器，记录下系统输出最大的光功率Po，计算LN晶体的透过率T= Pmax / Po
10）消光比M 、透过率T、半波电压Vλ/2是表征电光晶体品质的三个重要特征参量。
3、研究静态工作点对调制波形的影响
通过上一个实验所绘制的曲线，我们看到电压与输出光强的关系并不是完全线性的，只是在二分之一Vλ/2处是近似线性的。响应的非线性就会在调制时产生一个信号波形失真的问题，如果一个正弦驱动信号的静态工作点在0或Vλ/2处，还会出现信号倍频现象。这就要求我们在使电光晶体工作时找到一个好的静态工作点，以使波形失真最小且最灵敏。静态工作点的设置有多种方案，可以是电学的也可以是光学的。
以下实验是为了观察静态工作点对输出波形的影响，实验步骤与光路如下：
1）将上一个实验电路中的功率指示计探头取下，换上光电二极管探头，使系统光路按半导体激光器、起偏器、LN晶体、检偏器、光电二极管探头顺序排列。
2）将驱动信号波形插座和接受信号波形插座分别与双踪示波器CH1和CH2通道连接，光电二极管探头与信号输入插座连接。
3）将状态开关置于正弦波位置，幅度调节钮旋至最大。
4）示波器置于双踪同时显示，以驱动信号波形为触发信号，正弦波频率约为1KHZ。
5）旋转电压调节旋钮改变静态工作点，观察示波器上的波形变化。特别注意，接收信号波形失真最小、接受信号幅度最大，出现倍频失真时的静态工作点电压。对照上一个实验中的曲线图，理解静态工作点对调制波形的影响。
4、感性认识1/4波片对静态工作点的影响和作用
在起偏器与LN晶体间放入1/4波片。分别将静态工作电压置于倍频失真点、接收信号波形失真最小、接收信号波形幅度最大点（参考上一步骤的参数），旋转λ/4波片，观察接收波形的变化情况，体会1/4波片对静态工作点的影响和作用。
5、感性认识光通信中的调制、传输、解调过程
音频信号的调制与传输。将音频信号接入音频插座，状态开关置于音频状态。观察示波器上的波形，打开后面的喇叭开关，监听音频调制与传输效果。
五、思考题
1．加直流电压前后屏上显现的晶体出射光强的变化，可判定晶体产生电光效应，其理由何在。
2．电光晶体调制器应满足什么条件方能使输出波形不失真？
实验二声光效应实验
一、实验目的
1．观察声光相互作用现象。
2．知道布喇格衍射的实验条件和特点。
3．通过对声光器件衍射效率和带宽等的测量，加深对其概念的理解。
4．学会测量声光偏转和声光调制曲线。
二、实验原理
声波是一种弹性波（纵向应力波），在介质中传播时，它使介质产生相应的弹性形变，从而激起介质中各质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“位相光栅”，该光栅间距（光栅常数）等于声波波长λs。与普通光栅相比，其不同在于不存在不透光部分，每一部分都有光透过，但其折射率不同。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。这就是声光效应。
早在上世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。
声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。声驻波是由波长、振幅和相位相同，传播方向相反的两束声波叠加而成的。当声波垂直入射到两种介质的分界面上时就会产生驻波。假如分界面两边介质的声阻抗相差很大，则根据边界条件，在界面上有质点位移、振动速度=u
a和。因而，在反射点处位移和速度的相位产生180°的突变。在界面处总是发生0=
位移波节和声压波腹。如由分界面两边介质的声阻抗相差不大的表面上反射时，声波的一部分能量转移到第二种介质中，反射的振幅小于发射的振幅。这时，在第一种介质中发生驻波和行波的组合。
F-SG1080型声光效应实验仪由两部分构成，一是声光晶体：声光晶体由压电换能器（X0?切石英晶体）和声光互作用介质（ZF6）组成。为了在声光介质中形成驻波，沿声传播方向
λ。压电换能器与声光介质焊接成一体。上声光介质的两个面要严格平行，平行度要优于5/
二是驱动源：驱动源是一个正弦波高频功率信号发生器。驱动源提供的正弦高频功率信号（见图1），通过匹配网络加到压电换能器上，换能器发出的超声波沿x正方向传播，到达对面后，被全反射，反射波沿x负方向传播，声光介质中就如同存在两列频率相同，振幅相等沿相反方向传播的超声波。
图2所示就是这种波在十个彼此相等的瞬时间隔时的情况。沿正x方向传播的发射波用虚线表示；沿负x方向传播的反射波用实线表示；它们的叠加用点划线表示。不难看出，叠加波具有相同的波长，只是在空间不产生位移。这种有两个彼此相对的行波组成的振动称为驻波。在驻波中，彼此相距λs/2的各点完全不振动，这些点称为波节。位于两波节中间的点是波腹，这些点上的振动最大，波腹之间的距离也是λs/2。由于声驻波的波腹和波节在介质中的位置是固定的，因此它形成的光栅在空间也是固定的。另外，显而易见的是每隔1/2Τ秒，振动即完全消失（图1b中从上往下数3，5，7，9行的瞬时），驻波的最大值也位于这些瞬时间隔的中间（2，4，6，8，10），而且每经过这个时间间隔，在波腹处的振动的相位相反。
图1 驻波声光调制器 图2 声光介质中超声驻波的形成过程
沿X 正方向和负方向传播的振动可以写成如下形式
()().
sin ,sin 21x k t A a x k t A a s s s s +=-=ωω
应用加法定理可得到合成驻波的表达式
x k t A a s s cos sin 2ω= （1）
由此可直接得出，在x k s cos 等于零的各点，位移a 恒等于零；这是在x 等于π/2的奇数倍时产生的。x k s cos 的绝对值最大的点位于这些点的中间。将（1）式对时间微分，即可得到驻波情况下质点振动速度的表达式：
t x k A u s s s ωωcos cos 2= （2）
(2)式说明，质点振动速度的波节和波腹与位移的波节和波腹在相同的点上。
现在，我们来讨论在超声驻波的作用下，声光介质折射率的变化以及光通过时的衍射情况。在超声驻波的作用下，声光介质的折射率变化由下式表示：
（3） 其中n ?为声致折射率改变幅值；s ω是超声波的圆频率；s k 是超声波的波数。
声驻波在一个周期内，介质两次出现疏密层，且在波节处密度保持不变，因而折射率每
隔半个周期（T s /2）就在波腹处变化一次，由极大（或极小）变为极小（或极大）。在两次变化的某一瞬间，介质各部分的折射率相同，相当于一个没有声场作用的均匀介质。若超声频率为f s ，那么光栅出现和消失的次数则为2f s ，因而光波通过该介质后所得到的调制光的调制频率将为声频率的两倍。
x k t n t x n s s sin sin 2),(ω?=?
按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光相互作用可以分为拉曼－纳
斯衍射和布拉格衍射两种类型。
1、拉曼-纳斯衍射
产生拉曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L 较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。而且声波长比光波长大得多，当光波平行通过介质时，几乎不通过声波面，因此只受到相位调制，即通过光学稠密(折射率大)部分的光波波阵面将推迟，而通过光学疏松(折射率小)部分的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凸凹现象，变成一个折皱曲面，如图3所示。由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，这就是拉曼—纳斯衍射。
设宽度为q 的光波垂直入射宽度为L 声波柱，如图4所示。则在声场外P 点处总的衍射光强是所有子波源贡献的和，如（4）式所示。
（4）
式中，Jr (v )是r 阶贝塞尔函数；l =sin θ ， ， ， 为入射光波数。衍射光场强度各项取极大值的条件为：
（5） 各级衍射的方位角为 ),2,1,0( ±±=m （6）
各级衍射光的强度为
（7）
由于 ，故各级衍射光对称地分布在零级衍射光两侧，且同级次衍射光的强度相等。 应该注意到：由于
)
0(0sin >==±整数m mk k s i θs
i
i
s
m m
k k m
λλ
θ±=±=sin nL L k n v v J I i m m ?=?=∝λ
π2)(),(2
)()(2
2v J v J m m -=1
)(2)(1
2
20=+∑
∞
v J v J m ∑
∑
∞
=+∞=??
?
???+-+--+++++??
????--+++=012022/])12([2/])12(sin[2/])12([2/])12(sin[)(2/)2(2/)2sin(2/)2(2/)2sin()(r s i s i s i s i r r s i s i s i s i r p
q k r lk q k r lk q k r lk q k r lk v J q q rk lk q rk lk q rk lk q rk lk v J q E L k n v i )(?=i k
表明无吸收时衍射光各级极值光强之和应等于入射光强，即光功率是守恒的。
由于光波与声波场的作用，各级衍射光
波将产生多普勒频移，应有 以上推导是在理想的面光栅条件下进
行的，忽略了各衍射光
的相互影响，考虑到声
束的宽度，则当光波传播方向上声束的宽度
L 满足条件
，才会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。
2、布喇格衍射
若声波频率较高，声光作用长度L 较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射，光波在介质中要穿过多个声波面，则介质具有“体光栅”的性质。
当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内
各级衍射光会相互干涉，各
高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1
级）（视入射光的方向而定）
衍射光 ，即产生布拉格衍射，如图5所示。 因此，若能合理选择参数，并使超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移
到+1级（或-1级）衍射极值上。因而光束能量可以得到
充分利用，因此，利用布喇
格衍射效应制成的声光器件
可以获得较高的效率。
下面从光的干涉加强条件来推导布拉格方程。为此，可把声波通过的介质近似看作许多相距为λs 的部分反射、部分透射的镜面。对于驻波超声场，这些镜面是完全不动的，如图6所示。当平面波1和2以角度θi 入射至声波场，在B 、C 、E 各点处部分反射，产生衍射光1′、2′、3′。各衍射光相干增强的条件是它们之间的光程差应为其波长的整数倍，或者说它们必须同位相。图6a 表示在同一镜面上的衍射情况，入射光1和2在B 、C 点反射的1'和2'同相位的条件，必须使光程差AC -BD 等于光波波长的整数倍，即：
ω i +ωs
图5 布喇格声光衍射
s
i m ωωω±=i s
n L L λλ420≈<
-q/2
图4 垂直入射情况
（8）
要使声波面上所有点同时满足这一条件，只有使θi ＝θd ，即入射角等于衍射角时才能实现。对于相距λs 的两个不同镜面上的衍射情况，如图6b 所示，由C 、E 点反射的2'、3'光束具有同相位的条件，其光程差FE ＋EG 必须等于光波波长的整数倍，即
（9） 考虑到θi ＝θd ，所以 n
i B s λθλ=sin 2 （10）
或者 s s
i s i B f n n υλ
λλθ22sin ==
（11）
式中θi ＝θd ＝θB ，θB 称为布喇格角。可见，只有入射角θi 等于布喇格角θB 时，在声波面上衍射的光波才具有同相位，满足相干加强的条件，得到衍射极值，上式称为布喇格方程。
下面简要分析布喇格衍射光强度与声光材料特性和声场强度的关系。根据推证，当入射光强为I i 时，布喇格声光衍射的0级和1级衍射光强的表达式可分别写成:
（12）
式中v 是光波穿过长度为L 的超声场所产生的附加相位延迟。v 可以用声致折射率的变化Δn 来表示，即
（13）
则 ???
??????
?
??=nL I I i λπ221sin 2
1
（14） 设介质是各向同性的，由晶体光学可知，当光波和声波沿某些对称方向传播时，Δn 由介质
的弹光系数P 和介质在声场作用下的弹性应变幅值S 决定，即 PS n n 3
2
1-
=? （15） )
1,0()sin (sin ±==+m n
m i
d i s λθθλ????
??????
??=??? ??=2sin 2cos 2120v I I v I I i i nL v ?=λ
π2
(a)
2' 3'
(b)
图6 产生布喇格衍射条件的模型
)1,0()cos (cos ±==-
m n m x i d i λ
θθ
式中S 与超声驱动功率P s 有关，而超声功率与换能器的面积（换能器宽度H ×换能器长度L ）、声速s υ与能量密度
222
1
S s ρυ（ρ是介质密度）有关，即 ()HL S S HL P s s s S 232221
21ρυρυυ=??
? ??=
（16） 因此， 32S S HL P S ρυ= （17）
于是 3
3
33221221S
S S S I P n HL P P n n ρυρυ-=-
=? （18） 式中，HL P I s s =称为超声强度。将（18）式代入（14）式，便得到衍射效率
??????=?
??
???
?????? ??==s s S i s I M L I P n L I I 223262
12sin 2sin λπρυλπη (19) 或者 ???
???????? ??==s i s P M H L I I 22
12sin λπη (20) 式中
，是声光介质的物理参数组合，是由介质本身性质决定的量，称为声光材料的品质因数（或声光优质指标），它是选择声光介质的主要指标之一。从（20）式可见：（a ）若在超声功率P S 一定的情况下，欲使衍射光强尽量大，则要求选择M 2大的材料，并要把换能器做成长而窄（即L 大H 小）的形式；(b)当超声功率P S 足够大，使
???
???
?????
??s P M H L 22λπ达到2π时，%1001=i I I ；（c ）当改变超声功率P s 时，I 1/I i 也随之改变，因而通过控制超声功率P S （即控制加在电声换能器上的电功率）就可以达到控制衍
射光强的目的，实现声光调制。
三、实验仪器
光学导轨，He-Ne 激光器及电源，驻波声光调制器及其驱动源，可变光阑，声光调制器，透镜，观察屏，光强分布测量系统，光电接收器，示波器，支架若干。
四、实验内容与步骤
（一）超声驻波场中光衍射的实验观察 1．按照图7塔好光路； 2．开启激光电源，点亮激光器；
3．令激光束垂直于声光介质的通光面入射，观察屏上的光点，可观察到三个光点，它们分
别由透射光以及声光介质两个通光面反射并进一步经激光器输出镜反射的光线形成，如图8所示，当此三个光点在观察屏上处于与声传播方向相同的一条直线上即可，这时可认为入射光已垂直于声传播方向。(但如果反射回来的光又进入激光器，会引起激光器工作不稳定。)
3
262/s v P n M ρ=
4．开启声光调制器驱动源，观察衍射光斑，同时调节阻抗匹配磁芯，令衍射最强，观察衍射光斑形状。
5．改变声光调制器的方位角，观察不同入射角情况下的衍射光斑。
【思考题】
为什么入射角增大衍射光斑数目减少?
（二）观察超声驻波场的像，测量声波的传播速度。
1．在图9中移开透镜，重复实验内容(一)的步骤，令观察屏上的衍射光点最多。
2．如图9安上透镜和光阑，改变透镜与调制器之间的位置，用光阑限定声光调制器前表面入射光斑的尺寸。
3．当入射光充满通光面时，数出衍射条纹的数目N，利用下式计算声光介质中的声速Ⅴ。
V=df/2N
式中d=2.5mm 是光斑直径，f=10MHz为超声波的频率。
【思考题】
推导声速测量公式。
（三）超声驻波衍射光强的测量衍射效率
1． 如图10搭好实验仪器，重复实验内容（一）的步骤，令观察屏上的衍射光点最多。 2． 移开观察屏，用激光功率计测出入射光强0I
3． 利用光阑分别让0，±1，±2，±3…级衍射光打到激光功率计的光敏面上，测出各级
衍射光的强度m I ，衍射效率为
I I m
m =
η 4． 改变驱动电压，测出对应的衍射效率，作出各级光的衍射效率与驱动电压的关系曲线。
（四） 衍射光强分布的测量 光栅常数
1、如图11搭好实验仪器，重复实验内容（一）的步骤，令观察屏上的衍射光点最多。
2、将光强分布测量系统置于导轨另一端。
3、用适当的光阑测量各点上的光强，绘出光强分布曲线。
4、读出声光调制器距光阑的距离。
5、利用光栅公式求出光栅常数。并与实验内容（二）进行比较，求出声波传播速度。 激光波长635nm 。
（五） 衍射光强波形的测量
1．重复实验内容（一）的步骤，令观察屏上的衍射光点最多。
2．如图12，用光电接收器分别接收不同级衍射光，改变驱动功率，用示波器观察调制光强波形。
3．分析驱动功率与衍射光强波形的关系。
【思考题】
试分析在什么条件下，衍射光强可获得最好的2倍声频调制？
实验三Nd：YAG激光器调腔实验
一、实验目的
1、掌握固体激光器的装配和调试方法；
2、熟悉脉冲固体激光器的主要性能；
3、学会选取最佳输出耦合条件。
二、实验原理
1．Nd3+：YAG（掺钕钇铝石榴石）晶体的光谱及物化特性：
Nd3+：YAG晶体是以钇铝石榴石晶体（简称YAG，分子式为Y3Al3O12）为基质，掺杂适量的三价稀土元素钕离子（Nd3+）构成的，其中Nd3+置换YAG中的部分钇离子（Y3+），晶体呈淡紫色。Nd3+是激活离子，从提高工作物质的增益来看，其浓度应越大越好，但由于
Nd3+的半径（1.323 A）大于Y3+的半径（1.281 A），将Nd3+掺入Y AG中有结构上的困难，其浓度过大会造成材料的缺陷，因此Nd3+的掺杂浓度通常严格控制在0.5%~1.5%。一般Nd3+的含量为1%左右（即100个Y3+中约有一个被Nd3+所取代），即Nd3+的密度约为1.38×1020cm-3。Nd3+：Y AG属于立方晶体系，是各向同性晶体，在实际生产过程中是将Al2O3、Y2O3和Nd2O3按一定比例放入单晶炉中溶化，沿着籽晶[111]或[001]方向拉制而成的。Nd3+：YAG的物理和化学性质主要取决于YAG的性质，具有良好的导热性能和很大的硬度。
Nd3+：YAG的激活离子Nd3+的能级图如图1所示。在常态下4I9/2为基态，4F7/2+4S3/2，4F
+2H9/2，4F3/2等为激发态，Nd3+处在4I11/2和4I13/2的离子数近于零。
5/2
Nd3+：YAG的吸收谱如图2所示。它有五条主要吸收带，这些吸收带的中心波长分别是0.53μm、0.58μm、0.75μm、0.81μm和0.87μm，其中0.81μm的吸收带较强。在各激发态中，Nd3+在4F3/2能级上的寿命较长（约230μs），称之为亚稳态，也是激光的上能级。Nd3+其余的激发态的寿命都很短，而不稳定，迅速地无辐射跃迁到4F3/2上，故在亚稳态上能够积累更多的粒子。在实现激光跃迁时主要有三条谱线：4F3/2→4I9/2的中心波长为0.946μm，4F3/2→4I11/2为1.064μm，4F3/2→4I13/2为1.32μm和1.34μm。4I11/2和4I13/2能级上的粒子很不稳定，很快驰豫到基态4I9/2上，故在4I11/2和4I13/2上的粒子数基本上为零。因此在4I3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2之间较容易实现粒子数的反转分布。其中1.06μm的荧光谱线最强，在激光振荡过程中由于粒子数竞争，4F3/2→4I11/2的跃迁几率最大，可以抑制其它谱线的振荡，这样就构成了激发态→亚稳态（激光上能级4F3/2）→激光下能级4I11/2的四能级系统。由于四能级系统的激光下能级通常是空的，故上能级只要有少量的粒子就可达到粒子数的反转分布状态。因此，四能级系统的激光振荡阈值较三能级系统低很多。
2．固体激光器基本结构
本实验所用的实验装置如图3所示，其中Nd3+：YAG激光器为长脉冲固体激光器，主要包括如下三个部分：
（1）工作物质
本实验选用Nd3+：Y AG激光晶体棒为工作物质。为了保证激光器的高效稳定运转，所用Nd3+：YAG激光棒应具有如下特性：
?光学均匀性好，无气泡、条纹等；
?两端面的平行度误差小于10″，端面平面度小于1/2光圈；
?棒的侧面要打毛以利于均匀吸收泵浦光的能量和减少寄生振荡；?两端面镀增透膜，以防自激振荡的产生；
?棒的长度与直径之比在10：1~20：1之间选取
图1 Nd3+：Y AG晶体的能级结构
图2 Nd3+：YAG晶体在300K时的吸收谱
全反膜
图3 长脉冲Nd 3+：YAG 激光器装置示意图
（2） 激光谐振腔
通常选用平行平面腔，它是由两个镀有干涉介质膜层的光学玻璃片（也称为膜片或腔镜）组成的，其中一个腔镜是全反射镜，镀1.064μm 的全反射膜（反射率应大于99.9%），另一个膜片镀对1.064μm 的光有一定反射率的部分反射镜。对镀膜的玻璃基片的光学要求与对激光棒的精度要求相同，其形状和大小可根据使用要求而定。平行平面腔可以看作是曲率半径为无穷大的球面腔，满足g 1g 2=1，属于介稳腔。平行平面腔的特点是调整精度高、模体积大，需要仔细调整激光谐振腔。 （3） 泵浦源系统
泵浦源系统的作用是为工作物质达到粒子数反转分布提供必要的能量，并控制激光器按使用要求正常运转。它主要由泵浦光源、聚光腔和电气系统组成。
目前常用的泵浦光源有惰性气体灯（氙灯、氪灯）、卤化物灯、半导体激光器等。其中氙灯和氪灯不仅辐射强度和辐射效率高，而且具有较宽的发射谱带，并与Nd 3+：Y AG 等吸收谱有较好的匹配，通常脉冲激光器选用氙灯，连续激光器则选用氪灯。半导体激光泵浦固体激光器是近年来发展起来的一种新型激光器件，其利用输出波长与激光晶体的某一吸收峰对应的半导体激光作为泵浦源，具有体积小、效率高的优点。对于Nd 3+：Y AG 晶体，泵浦光波长一般选808nm 。本实验中选用脉冲氙灯对激光棒进行泵浦，其一般由灯管、充入的气体和电极所构成，结构如图3所示。灯管是由耐高温、机械性能和透光性能好石英玻璃制做的。如果在石英玻璃中掺入适量的铈，还可吸收小于0.30μm 的紫外光，并能产生0.40~0.60μm 的荧光，可大大减小工作物质的热效应，提高泵浦效率。灯的电极通常是用钍钨、钡钨、铈钨等制成。灯管和电极之间用过渡玻璃直接封接或气泡封接，管内充入适量的氙气。 泵浦灯的工作过程是：先给贮能电容器充电至某一电压、此电压应大于灯的点火电压，小于其自闪电压。然后用一个万伏以上的脉冲高压触发之，使其内部气体电离，在灯两电极间的电场作用下，正负离子沿相反方向做加速运动，又激发和电离其它原子，进而形成雪崩式电离。灯内的阻值瞬间由原来的无穷大突然变得很小，造成导电通道，贮能电容器通过灯管内放电，使灯发出闪光。灯的触发方式有两种：外触发式――脉冲高压通过绕在灯管上的
触发丝来触发泵浦灯；内触发式――脉冲高压直接通过灯的电极来触发泵浦灯。为了提高转换效率和泵浦灯的使用寿命，常采用预燃或准预燃方式。预燃式电源的结构如图4所示。
V 0
V 1
V 2
图4 预燃式电源原理示意图
电气系统的作用是为光泵提供能量，控制整机按设计要求正常运转，其主要部分就是贮能电容器的充、放电回路和触发电路，或再加上控制回路、乃至预燃和调制电路等。在图4所示的预燃式电源中包括了充放电电路、预燃电路和触发电路，灯一经触发，它便可维持其小电流（约100~200mA ）辉光放电。然后控制开关元件（通常采用可控硅）按要求重复工作，而不需要再行触发。此类装置必须配备冷却系统。
聚光腔的作用是将脉冲氙灯发出的，对工作物质激光上能级实现粒子数反转分布有贡献的光波，有效地会聚到工作物质上，以提高泵浦效率。本实验采用脉冲氙灯侧面泵浦激光晶体，因此对侧面泵浦所用的聚光腔作以简介。这种聚光腔的种类较多，如单椭圆柱面腔、双椭圆柱面腔、相交圆柱面腔和紧包腔等。为了提高聚光效率，在腔内反射面抛光后需镀上高反射膜层（如镀金、银、铝等金属膜），或采用具有高反射率的陶瓷或聚四氟乙烯。本实验装置采用聚四氟乙烯紧包腔。 3．激光器的运转特性
在脉冲氙灯发出的泵浦光的作用下，Nd 3+：YAG 晶体被激发，可实现粒子数反转分布，并产生受激辐射。腔内产生的光子在激光器谐振腔的作用下往返得到放大，腔内光子数急剧增加。当腔内的增益能够补偿由于腔镜的透射、衍射及工作物质的吸收、散射等因素所造成的损耗时，就可以形成激光振荡。此条件称为激光器的阈值条件，或称为临界振荡条件。理论上可以推导阈值增益系数应满足如下条件：
R l
i th a v G 12121ln )(+≥
（1）
其中)(21v G th 为阈值增益系数，αi 是腔内除去输出损耗外的其它腔内损耗系数，R 为输出腔镜的反射率，l 为工作物质的长度。可见，实现粒子数反转分布并不一定能形成激光振荡，还必须满足阈值条件。理论分析得到，四能级系统脉冲激光器的阈值能量为
1
ηηηηab c L p
R th th hv V N E ?=
（2）
其中V R 为激活介质的体积；h 为普朗克常数；νp 为激光频率；ηL 为电能转换为有效光能的
效率；ηc 为聚光腔的聚光效率；ηab 为工作物质的吸收效率，η1是吸收能级向激光上能级无辐射跃迁的量子效率。可见，激光器的阈值能量与很多环节有关。 4．最佳输出耦合条件的选取
所谓最佳输出耦合条件是指在一定输出能量的情况下获得最大激光输出的输出腔镜透过率条件。理论分析得出，最佳透过率T op 应满足下式关系
opt
opt i opt i opt i opt i T T a T a T a T a l v G +---------=
)]1)[ln(1()]1)[ln(1()(22210
（3）
可见，最佳透过率与工作物质的l , 腔内的总损耗αi ，小信号增益系数G 0(ν21)有关。但这些只是定性的分析，在实际应用中，除凭经验粗略选取外，必须通过实验来确定。在要求不严格的情况下，Nd 3+：Y AG 的连续器件的透过率一般选为5%~20%，脉冲器件的透过率一般选为50%~80%。
5．固体激光器的模式匹配技术
图5是典型的平凹腔型结构图。激光晶体的一面镀泵浦光增透和输出激光全反膜，并作为输入镜，镀输出激光一定透过率的凹面镜作为输出镜。这种平凹腔容易形成稳定的输出模，同时具有高的光光转换效率，但在设计时必须考虑到模式匹配问题。
图 5 端面泵浦的激光谐振腔形式
如图 所示，则平凹腔中的g 参数表示为：
1111,L g R =-
= 22
1L
g R =-
（4） 根据腔的稳定性条件，1201g g <<时腔为稳定腔。故当
2L R <时腔稳定。 同时容易算出其束腰位置在晶体的输入平面上，该处的光斑尺寸为：
0ω=
（5）
R 1为平面，R 2，L 已知。由此可以算出0ω大小。
所以，泵浦光在激光晶体输入面上的光斑半径应该0ω≤，这样可使泵浦光与基模振荡模式匹配，在容易获得基模输出。
激光原理及技术部分习题解答（陈鹤鸣） 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少？ 解：相干长度C c L υ = ?，υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =，相应的频率为υ，波长为λ，能级上的粒子数密度分别为21,n n ，求： （1）当3000,300MHz T K υ= =时，21/?n n = （2）当1,300m T K λμ= =时，21/?n n = （3）当211,/0.1m n n λμ= =时，温度T=？ 解： T k E E b e n 121 2 n -- = 其中1 2**E E c h E c h -= ?=λ ν λ h c h == ?*E （1）
（2） 10 * 425 .121 48 300 * 10 * 38 .1 10 10 *3 * 10 * 63 .6 1 223 6 8 34 ≈ = = = =- - - - - - - e e e n n T k c h b λ （3） K n n k c h b 3 6 23 8 34 1 2 10 * 26 .6 )1.0( ln * 10 * 10 * 8 .3 1 10 *3 * 10 * 63 .6 ln * T= - = - = - - - λ 9. 解：(1) 由题意传播1mm,吸收1%，所以吸收系数1 01 .0- =mm α (2) 0 1 01 100 366 0I . e I e I e I I. z= = = =- ? - α 即经过厚度为0.1m时光能通过36.6% 10.解：
1. 什么是细胞培养？ 细胞生物学实验 指从动物活体体内取出组织，并将其分散为单个细胞（机械或酶消化），在体外模拟体内的生理环境，使其在人工培养条件下保持生长、分裂繁殖、细胞的接触性抑制以及细胞衰老过程等生命现象。 最常见的细胞一般有两种，一种是原代细胞，另一种是传代细胞。 原代细胞是指动物组织经过胰酶或胶原酶等酶类的消化，使其分散，从而获得单个细胞，再使这些单个细胞生长于培养容器中的过程。大多数组织可以制备原代细胞，但制备的方法略有不同，制备的细胞生长快慢及难易程度也不相同。 不同的原代细胞，其形态也不尽相同。一般将10代以内的细胞称之为原代细胞。 传代细胞一般指无限繁殖的细胞系，理论上这类细胞可以无限次的传代。做实验的时候也会经常使用这类细胞，如Hela、293、Vero 等细胞。 2. 细胞的生长周期 游离期：细胞刚接种到新的培养容器中到贴壁前的一段时期，这个时期的长短由细胞类型决定，从几分钟到几个小时不等。 贴壁期：细胞从游离状态变为贴附到培养器皿表面并展现出一定细胞形态的时期。 潜伏期：细胞在完成贴壁后，并不会马上进行增殖，会进行增殖所必须的物质和能量的储备，这个时候称之为潜伏期。
对数生长期：细胞在完成物质和能量储备后，开始大量的增殖的时期。这个时期的细胞活力旺盛，且状态稳定，我们所做的绝大多数实验都是在这个时期开展的。 停止期：随着细胞的生长，细胞密度越来越大，由于营养物质的消耗、细胞间的接触抑制等因素，细胞生长缓慢，甚至停止生长。这个时候，我们就要给细胞进行传代了，使细胞可以继续进行增殖，保持旺盛的活力。 3. 细胞生长所需要营养条件 细胞的培养所需要的营养成份一般来自于基础培养基（比如DMEM培养基）和血清。 基础培养基：主要是提供细胞生长所需要的氨基酸（组成蛋白质的基本单位）、维生素（细胞代谢中辅酶的组成成分）、无机离子（K+，Na+等）、碳水化合物（碳源和能量来源）和一些激素等营养物质。 血清：主要是提供一些基础培养基不能提供的生长因子和低分子的营养物质，此外它还有促进细胞的贴壁、中和有害重金属离子等作用。如果只提供基础培养基而不提供血清，绝大多数细胞是无法生长的。血清对于我们实验的重要性就不言而喻了，那么什么样的血清才算是合格的血清呢？ 合格的血清需要通过各种检测，包括无细菌，无真菌，无支原体检测，无病毒污染。血清一般呈现为淡黄色，透明状液体，由于含有大量的蛋白质等成分，会略有黏稠。以全式金公司的TransSerum EQ Fetal Bovine Serum (FS201-02)为例，它通过了牛腹泻病毒、牛副
细胞生物学实验 实验一不同显微镜的使用及细胞一般形态结构的观测[实验目的] 通过本实验，使学生巩固普通光学显微镜的使用，学习相差显微镜、暗视野显微镜和荧光显微镜的使用方法，学习显微测量及显微摄影的操作方法，增强对细胞的形态和真实大小的感性认识。 通过本实验操作，要求学生掌握细胞形态结构的基本观测方法与技术，为进一步的细胞生物学研究打好基础。 [实验原理] 应用显微镜的成像原理(详见翟中和等主编《细胞生物学》，第三章第一节)，同时借助显微镜的镜台测微尺和目镜测微尺，两尺配合使用，进行测量和运算，观察细胞形态，得出细胞的大小。 该实验完成需时6学时。 [实验材料、试剂和仪器] 一、仪器 普通光学显微镜、相差显微镜、暗视野显微镜、荧光显微镜、显微拍摄系统、37℃温箱、镜台测微尺、目镜测微尺等。 二、材料 洋葱根尖切片标本，念珠藻永久装片，兔肝细胞标本，夹竹桃花丝毛细胞，人口腔上皮细胞等。 三、试剂 生理盐水，10μg/mL罗丹明123染液（溶于甲醇，避光于4℃保存） [实验步骤] 一、暗视野显微镜观察夹竹桃花丝毛细胞 1、取一张清洁的载玻片，滴上一滴生理盐水。用镊子轻轻夹下一根夹竹桃花丝，置生理盐水中，盖上盖玻片，略微压片，用滤纸条吸去盖玻片四周多余的水分。 2、将上述装片置于显微镜载物台上，在10×物镜下找到夹竹桃花丝毛细胞清晰的图像。 3、换上暗视野聚光器，调节至最佳位置，通过聚光器上的调中螺旋调节聚光器的中心位置，得到最好的暗视野图像效果。 4、观察夹竹桃花丝毛细胞内部的显微结构和细胞质环流现象，并拍照。 5、换用高倍物镜观察时，要换用与高倍镜相匹配的暗视野聚光器，重复以上调节步骤。 二、相差显微镜观察夹竹桃花丝毛细胞 1、取一张清洁的载玻片，滴上一滴生理盐水。用镊子轻轻夹下一根夹竹桃花丝，置生
细胞生物学实验指导 细胞生物学的发展总是依赖于技术和实验手段的进步,所以学习细胞生物学的技术和方法至关重要。 实验一普通显微镜及其使用（装片观察） 一、目的要求： 1、掌握显微镜的构造、油浸系的原理、使用方法、保护要点。 2、参观了解其他各类显微镜。 二、材料：普通光学显微镜及其他显微镜、细菌标本片、香柏油、二甲苯、擦镜纸。 三、方法和步骤： 1、介绍普通光学显微镜的构造 机械部分：镜座、镜臂、镜筒、转换器、载物台、调焦螺旋。 光学部分：接目镜、物镜、反光镜、聚光器。 2、油镜的原理及使用方法 原理：油镜头的晶片细小，进入镜中的光线亦少，光线经聚光器，通过载玻片进油镜时，由于空气介质和玻璃介质的折射率不一样，光线因折射而损失，使视野更暗。在载玻片和油镜之间加上和玻璃折光系数相同的香柏油，光线直接进入镜头，不发生折射，视野明亮，便于观察。 3、如何维护显微镜：机械部分的维护，光学部分的维护。 4、注意事项： （1）观察油镜载片时，先在载片上有菌影的地方滴1-2滴香柏油，然后放载物台中央，眼侧面看，慢慢降低油镜浸入香柏油中，镜头几乎接触标本。再用左眼在接目镜观察，同时慢慢旋动粗螺旋提起镜筒至能模糊看到物象时，再转动微调螺旋，直至看清晰为止。注意镜头离开油，就不能看清，重新按刚才的步骤进行。 （2）油镜使用过后，立即用擦镜纸擦拭镜头，如油渍已干，则可用香柏油粘二甲苯擦拭镜
头，再用干净擦镜纸擦去二甲苯。 5、观察几种细菌标本片。 6、示教看相差显微镜和荧光显微镜。 四、作业及思考题： 1、油镜的原理是什么？ 2、光线强弱如何调节？与哪些部件有关？ 实验二、细胞膜的渗透性 实验目的 了解细胞膜的渗透性及各类物质进入细胞的速度。 实验原理 将红细胞放入数种等渗溶液中，由于红细胞对各种溶质的透性不同，有的溶质可以渗入，有的不能渗入，渗入的溶质能够提高红细胞的渗透压，所以促使水分进入细胞，引起溶血，由于溶质透入速度互不相同，因此溶血时间也不相同。 实验用品 一、器材 50ml烧杯, 试管（1～10cm）, 10ml移液管, 试管架。 二、材料 羊血。 三、试剂0.17mol/L氯化钠，0.17mol/L氯化胺，0.17mol/L醋酸胺，0.17mol/L硝酸钠，0.12mol/草酸胺，0.12mol/硫酸钠，0.32mol/葡萄糖，0.32mol/甘油，0.32mol/乙醇，0.32mol/丙酮。 实验方法 一、羊血细胞悬液 取50ml小烧杯一个，加1份羊血和10份0.17mol/L氯化钠，形成一种不透 明的红色液体，此即稀释的羊血。
1.3 如果微波激射器和激光器分别在λ＝10μm ，＝5×10－ 1μm 输出1W 连续功率，试问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？ 解：若输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则： 由此可得： 其中346.62610J s h -=??为普朗克常数， 8310m/s c =?为真空中光速。 所以，将已知数据代入可得： =10μm λ时： 19-1=510s n ? =500nm λ时： 18-1=2.510s n ? =3000MHz ν时： 23-1=510s n ? 1.4设一光子的波长＝5×10－ 1μm ，单色性λ λ ?＝10－ 7，试求光子位置的不确定量x ?。若光子的波长变为5×10－ 4μm （x 射线）和5 ×10 －18 μm （γ射线），则相应的x ?又是多少 m m x m m m x m m m x m h x h x h h μμλμμλμλλμλλ λλλλλλλλ 11171863462122 1051051051051051051055/105////0 /------?=?=???=?=?=???=?==?=???=?=?P ≥?≥?P ??=P?=?P =?P +P?=P 1.7如果工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105S － 1，试问：（1）该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少？（2）为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔内的单色能量密度ρ应为多少？ c P nh nh νλ==P P n h hc λ ν= =
1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10＝1019m3s－3w－1，试计算在（1）λ＝6 m（红外光）；（2）λ＝600nm（可见光）；（3）λ＝60nm（远紫外光）；（4）λ＝0.60nm（x射线），自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。又如果光强I＝10W/mm2，试求受激跃迁几率W10。 2.1证明，如习题图2.1所示，当光线从折射率η1的介质，向折射率为η2的介质折射时，在曲率半径为R的球面分界面上，折射光线所经受的变换矩阵为 其中，当球面相对于入射光线凹（凸）面时，R取正（负）值。 习题
《激光原理与技术》习题一 班级 序号 姓名 等级 一、选择题 1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1 = eV 。 （A ）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间 隔约为 cm -1。 （A ）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。谐振腔长度为50cm 。假 设该腔被半径为2a=3mm 的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为 个。 （A ）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的 二、填空题 1、光子学是一门关于 、 、 光子的科学。 2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从 统计分布。 3、设掺Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为10ms ，则其谱线宽度为 。 三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz 的某光源，相干长度为1m ，求此光源的单色性参数及线宽。 2．某光源面积为10cm 2，波长为500nm ，求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1 kT hv 。
《激光原理与技术》习题二 班级 姓名 等级 一、选择题 1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。 （A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、激光器一般工作在 状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、填空题 1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数 是 。 2、一束光通过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，则该物 质的增益系数为 。 三、问答题 1、以激光笔为例，说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是“增益饱和现象”？其产生机理是什么？ 四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2)，相应的频率为ν(波长为λ)，能级上的粒子数密度分 别为2n 和1n ，求 (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当λ=1μm ，T=300K 时，21/?n n = (c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时，温度T=？ 2、设光振动随时间变化的函数关系为 （v 0为光源中心频率）， 试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。 ? ??<<=其它,00),2exp()(00c t t t v i E t E π
实验室规则和要求 一般规定 1.上课第一天请先熟悉环境，牢记“安全”是进行任何实验最重要的事项。 2.在实验室内请穿著实验衣（最好长及膝盖下），避免穿著凉鞋、拖鞋（脚 趾不要裸露）。留有长发者，需以橡皮圈束于后，以防止引火危险或污染实验。 3.在实验室内禁止吸烟、吃东西、饮食、化妆、嚼口香糖、嬉戏奔跑，食 物饮料勿存放于实验室的冰箱中，实验桌上勿堆放书包、书籍、衣服外 套及杂物等。 4.所有实验仪器、耗材、药品等均属实验室所有，不得携出实验室外。每 组分配之仪器、耗材请在课程开始前确定清点与保管，课程结束后如数 清点缴回。公用仪器请善加爱惜使用。实验前后，请把工作区域清理擦 拭，并随时保持环境清洁。 5.实验前详阅实验内容，了解实验细节的原理及操作，注意上课所告知的 注意事项。实验进行中有任何状况或疑问，随时发问，切勿私自变更实 验程序。打翻任何药品试剂及器皿时，请随即清理。实验后，适切记下 自己的结果，严禁抄袭，确实关闭不用之电源、水、酒精灯及瓦斯等。 6.身体不适、睡眠不足、精神不济或注意力无法集中，请立即停止实验。 实验时间若延长，请注意时间的管制及自身的安全，不可自行逗留实验 室。 7.实验完毕，请清理实验室、倒垃圾、灭菌、关闭灯光及冷气，离开实验 室前记得洗手。 8.任何意外事件应立即报告教师或实验室管理人员，并应熟知相关之应变 措施。
药品 1.使用任何药品，请先看清楚标示说明、注意事项，翻阅物质安全资料， 查明是否对人体造成伤害，使用完毕请放回原位。 2.新配制的试剂请清楚注明内容物、浓度、注意事项及配制日期，为避免 污染，勿将未用完的药剂倒回容器内。 3.挥发性、腐蚀性、有毒溶剂（如甲醇、丙酮、醋酸、氯仿、盐酸、硫酸、 -巯基乙醇、甲醛、酚等）要在排烟柜中戴手套量取配制，取用完应随即盖好盖子，若不小心打翻试剂，马上处理。 4.有毒、致癌药剂例如丙稀酰胺（神经毒）、溴化乙啶（突变剂）、SDS（粉 尘）请戴手套及口罩取用，并勿到处污染，脱下手套后，养成洗手的好 习惯。 5.使用后的实验试剂和材料，应放在专用的收集桶内。固体培养基、琼脂 糖或有毒物品不得倒入水槽或下水道中。 6.使用刻度吸管取物时，切勿用嘴吸取，请用自动吸管或吸耳球。 仪器 1.使用仪器前先了解其性能、配备及正确操作方法，零件及附件严禁拆卸， 勿私自调整，并注意插座电压（110V或220V）之类别。 2.使用离心机时，离心管要两两对称、重量平衡，离心机未停下不得打开 盖子。冷冻离心机于开机状态时，务必盖紧盖子，以保持离心槽之低温并避免结霜。 3.电源供应器有高电压，切勿触摸电极或电泳槽内溶液，手湿切勿开启电 源。
细胞生物学实验指导
细胞生物学实验指导目录 一．显微镜的使用 实验一、几种光学显微镜的使用 实验二、参观电子显微镜及生物超薄切片标本制备 二．细胞形态结构 实验三、细胞大小的形态观察——测微尺的使用 实验四、细胞活体染色技术 实验五、植物细胞骨架光学显微观察 实验六、胞间连丝观察 三．细胞化学 实验七、鉴定RNA的细胞化学方法——Branchet反应 实验八、DNA显色的观察——Feulgen反应 实验九、固绿染色法鉴定细胞内酸性蛋白与碱性蛋白 实验十、多糖及过氧化酶的显示 实验十一、核仁组成区的银染显示与观察 四．细胞生理 实验十二、细胞膜的通透性 实验十三、细胞电泳 五．细胞和组织培养技术 实验十四、植物原生质体的分离和融合 实验十五、植物细胞的培养与观察 实验十六、动物细胞融合 实验十七、动物细胞的培养与观察 六．细胞化学成分的分离 实验十八、细胞器的分离、纯化——细胞分级分离 实验十九、荧光的细胞化学测定 实验二十、细胞活力的鉴别 实验一几种光学显微镜的使用
一、实验目的 了解几种光学显微镜的结构、工作原理、主要用途和使用方法；掌握使用普通显微镜提高分辨力的方法。 二、实验原理 (一)基本原理 一般实验室经常使用的光学显微镜都是由物镜、目镜、聚光器和光阑组成，普通显微镜它们的放大原理及光路图如下： AB物体．A1B l第一次成像，A2B2第二次成像，O l目镜．O2物镜， F1为O l的前焦点，F2为O2的前焦点 各种光学显微镜的光学放大原理基本相同，各种特殊用途的光镜不过只是在光源、物镜、聚光器等方面作了改动，或在其它方面增设了某些特殊的设备。 (二)几种光学显微镜 l、普通光学显微镜： 普通光学显微镜也叫复式显微镜，是最常见，最简单的显微镜。它适于观察一般固定的，有色的透明度较高的标本。其最大分辨力一般为0.2微米，从构造上可分光学、机械和电子三大系统。 2、暗视野显微镜： 暗视野显微镜是以丁达尔现象(Tyndall phenomenon)(即光的微粒散射现象)为基础设计的,它使用了特殊的聚光器进行斜射照明,因光源中心束不直入物镜，所以视野黑暗，而被检细胞器因斜射照明发生衍射和反射，所以发亮可见。暗视野显微镜可用增加光照方法增加物体与背景的反差，因而可观察到0．2—0．004微米直径的微小粒子，但它分不清被检物的细微构造，它常用于观察物体的存在与运动。而暗视野显微镜与普通光学显微镜的区别，主要在于聚光器的不同，致使照明方法有别。确切地说，称暗视野显微镜为暗视野照明更为贴切。它是照明光线仅照亮被检样品而不进入物镜。使视野背景暗黑，样品明亮的照明方法。 3、相差显微镜： 相差是指同一光线经过折射率不同的介质其相位发生变化并产生的差异。相位是指在某一时间上，光的波动所达到的位置。
《激光原理与技术》习题一 班级序号姓名等级 一、选择题 1、波数也常见作能量的单位, 波数与能量之间的换算关系为1cm-1 = eV。 ( A) 1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm, 则产生该波长的两能级之间的能量 间隔约为 cm-1。 ( A) 6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm的He-Ne激光器, 谱线线宽为Δν=1.7×109Hz。谐振腔长度为50cm。 假设该腔被半径为2a=3mm的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为个。 ( A) 6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的 二、填空题 1、光子学是一门关于、、光子的科学。 2、光子具有自旋, 而且其自旋量子数为整数, 大量光子的集合, 服从统计分布。 3、设掺Er磷酸盐玻璃中, Er离子在激光上能级上的寿命为10ms, 则其谱线宽度 为。 三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz的某光源, 相干长度为1m, 求此光源的单色性参数及线宽。
2．某光源面积为10cm 2, 波长为500nm, 求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1-kT hv 。 《激光原理与技术》习题二 班级 姓名 等级 一、 选择题 1、 在某个实验中, 光功率计测得光信号的功率为-30dBm, 等于 W 。 ( A) 1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、 激光器一般工作在 状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、 填空题 1、 如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率, 则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数 是 。 2、 一束光经过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍, 则该物 质的增益系数为 。 三、 问答题 1、 以激光笔为例, 说明激光器的基本组成。 2、 简要说明激光的产生过程。 3、 简述谐振腔的物理思想。 4、 什么是”增益饱和现象”? 其产生机理是什么? 四、 计算与证明题 1、 设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2), 相应的频率为ν(波长为λ), 能级上的粒子数密度 分别为2n 和1n , 求 (a) 当ν=3000MHz , T=300K 时, 21/?n n =
激光原理及技术部分习题解答（鹤鸣） 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少？ 解：相干长度C c L υ = ?，υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =，相应的频率为υ，波长为λ，能级上的粒子数密度分别为 21,n n ，求： （1）当3000,300MHz T K υ= =时，21/?n n = （2）当1,300m T K λμ= =时，21/?n n = （3）当211,/0.1m n n λμ= =时，温度T=？ 解： T k E E b e n 121 2 n --= 其中1 2**E E c h E c h -=?=λ ν λ h c h == ?*E （1） （2）010*425.12148300 *10*38.11010*3* 10 *63.61 2 236 8 34 ≈====--- ----e e e n n T k c h b λ
（3） K n n k c h b 3 6 238341 210*26.6)1.0(ln *10*10*8.3110*3*10*63.6ln *T =-=-=---λ 9. 解：(1) 由题意传播1mm,吸收1%，所以吸收系数101.0-=mm α (2) 010010100003660I .e I e I e I I .z ====-?-α 即经过厚度为0.1m 时光能通过36.6% 10. 解： m /..ln .G e .e I I G .Gz 6550314 013122020===?=?
实验一普通光学显微镜的构造和使用 一、目的要求 1了解显微镜的基本构造和使用方法 2 掌握油镜的原理和使用方法 二、显微镜的基本结构及油镜的工作原理 1．显微镜的基本构造 光学部分：接目镜、接物镜、照明装置（聚光镜、虹彩光圈、反光镜等）。 机械部分：镜座、镜臂、镜筒、物镜转换器、载物台、载物台转移器、粗调节器、细调节器等部件。 2．显微镜的放大倍数和分辨率 放大倍数=接物镜放大倍数×接目镜放大倍数 显微镜的分辨率：表示显微镜辨析物体（两端）两点之间距离的能力3．油镜的使用原理 当光线由反光镜通过玻片与镜头之间的空气时，由于空气与玻片的密度不同，使光线受到曲折，发生散射，降低了视野的照明度。若中间的介质是一层油（其折射率与玻片的相近），则几乎不发生折射，增加了视野的进光量，从而使物象更加清晰。 三、器材 1．永久切片 2. 溶液或试剂：香柏油、二甲苯。 3. 仪器或其他用具：显微镜、擦镜纸等。 四、操作步骤 1．观察前的准备 （1）显微镜的安置，检查零件是否齐全，镜头是否清洁。 （2）调节光源 2．显微镜观察
（1）低倍镜观察 （2）高倍镜观察 （3）油镜观察：高倍镜下找到清晰的物象后，提升聚光镜，在标本中央滴一滴香柏油，使油镜镜头浸入香柏油中，细调至看清物象为止。3．显微镜用毕后的处理 观察完毕，上升镜筒，用擦镜纸和二甲苯清洗镜头，后将镜体全部复原。 五、思考题 1．用油镜观察时应注意哪些问题？在载玻片和镜头之间滴加什么油？起什么作用？ 2．为什么在使用高倍镜及油镜时应特别注意避免粗调节器的误操作？ 实验二胞间连丝的观察 一、实验目的 观察植物细胞的胞间连丝，加深对胞间连丝功能的认识． 二、实验原理 植物细胞的细胞壁上有许多原生质的细丝，称胞间连丝。相邻细胞的胞间连丝相互联接，在细胞间的物质运输与信息传递中起桥粱作用，并使细胞的各种生理活动协调一致，使植物体成为统一的有机体。用合适的植物细胞为材料，经简单处理，即能方便地看到胞间连丝。 三、实验材料 红辣椒表皮细胞临时装片、柿胚乳细胞间胞间连丝切片 四、实验步骤
题号一二三四总分阅卷人 得分 得分 2011 ─2012学年 第 2 学期 长江大学试卷 院（系、部） 专业 班级 姓名 学号 …………….……………………………. 密………………………………………封………………..…………………..线…………………………………….. 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A卷)专业：应物 年级2009级 考试方式：闭卷 学分4.5 考试时间：110 分钟相关常数：光速：c=3×108m/s, 普朗克常数h =6.63×10-34Js, 101/5=1.585 一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 掺铒光纤激光器中的发光粒子的激光上能级寿命为10ms ，则其自 发辐射几率为 。 （A ）100s -1 (B) 10s -1 (C) 0.1s -1 (D) 10ms 2. 现有一平凹腔R 1→∞，R 2=5m ，L =1m 。它在稳区图中的位置是 。(A) (0, 0.8) (B) (1, 0.8) (C) (0.8, 0) (D) (0.8, 1) 3. 图1为某一激光器的输入/输出特性曲线，从图上可以看出，该激光器的斜效率约为 。
(A) 10% (B) 20% (C) 30% (D) 40% 图1 图2 4．图2为某一激光介质的吸收与辐射截面特征曲线，从图上可以看出，该激光介质可用来产生 的激光。
得 分 (A) 只有1532 nm (B)只能在1532 nm 附近 (C) 只能在1530 nm-1560nm 之间 (D) 1470 nm-1570nm 之间均可 A 卷第 1 页共 6 页 5. 电光晶体具有“波片”的功能，可作为光波偏振态的变换器，当晶体加上V λ/2电场时，晶体相当于 。 （A ）全波片 (B) 1/4波片 (C) 3/4波片 (D) 1/2波片 6. 腔长3m 的调Q 激光器所能获得的最小脉宽为 。（设腔内介质折射率为1） （A ）6.67ns (B) 10ns (C) 20ns (D) 30ns 7. 掺钕钇铝石榴石（Y 3Al 5O 12）激光器又称掺Nd 3+:YAG 激光器，属四能级系统。其发光波长为 。 （A ） 1.064μm （B ）1.30μm （C ） 1.55μm （D ）1.65μm 8. 在采用双包层泵浦方式的高功率光纤放大器中，信号光在 中传输。 （A ） 纤芯 （B ）包层 （C ）纤芯与包层 （D ）包层中（以多模） 9. 脉冲透射式调Q 开关器件的特点是谐振腔储能调Q ，该方法俗称 。 （A ）漂白 （B ）腔倒空 (C ）锁模 （D ）锁相 10. 惰性气体原子激光器，也就是工作物质为惰性气体如氩、氪、氙、氖等。这些气体除氙以外增益都较低，通常都使用氦气作为辅助气体，借以 。 (A ）降低输出功率 (B ）提高输出功率 C ）增加谱线宽度 （D ）减小谱线宽度 二、填空题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 在2cm 3空腔内有一带宽为1×10-4μm ，波长为0.5μm 的跃迁，此跃迁的频率范围是 120 GHz 。 2. 稳定球面腔与共焦腔具有等价性，即任何一个共焦腔与无穷多个稳定
细胞培养基本理论 一细胞培养概述 细胞培养（cell culture）模拟机体内生理条件，将细胞从机体中取出，在人工条件下使其生存、生长、繁殖和传代，进行细胞生命过程、细胞癌变、细胞工程等问题的研究。 群体培养（mass culture）将大量细胞置于培养瓶中，让其贴壁或悬浮生长，形成均匀的单层细胞或单细胞悬液。 克隆培养（clone culture）即将少数的细胞加入培养瓶中，贴壁后彼此间隔距离较远，经过繁殖每一个细胞形成一个集落，称为克隆。 组织培养（tissue culture）指把活体的组织取出，分成小块，直接置于培养瓶底或通过胶原纤维血浆支持物的培养瓶底来进行培养。 特点：1.，组织不失散，细胞保持原有的组织关系。2，形成生长(cut growth)或形成由扁薄细胞构成的单层细胞培养物。3，在体外生长时，细胞间呈相互依存、互相影响的关系。 器官培养（organ culture）将活体中器官或器官一部分取出，在体外生长、生存，并使其保持器官原有的结构和功能特征的培养。 特点：1，培养的器官在合适的条件下能生长和分化，存活数周或1 年。2，观察受限，只能用组织切片的方法观察或用透射电镜、扫描电镜观察。 细胞培养优点：.1．活细胞：同时、大量、均一性、重复性；2．可控制：各种物理、化学、生物等因素可调控；3．研究方法多样：倒置、荧光、电子、激光共焦显微镜、流式细胞术、免疫组织化学、原位杂交、同位素标记；4．应用广：不同物种、年龄、组织，正常或异常缺点：人工所模拟的条件与体内实际情况仍不完全相同；当细胞被置于体外培养后， 生活在缺乏动态平衡的环境中，时间久了，必然发生变化。 三细胞的形态和类型由不同生长方式造成的差异 呈悬浮生长时，因生长在液体环境中，胞内渗透压高于周围液体环境，因此胞体基本呈圆形。呈贴附于支持物上生长的细胞，开始为圆形，很快过渡成扁平形，并逐渐恢复至原先的细胞形态. 细胞来源：成纤维型细胞；上皮型细胞；其它，不定型 细胞按生长方式：贴壁型细胞（Monolayer cells）；悬浮型细胞（Suspension cells）绝大多数有机体细胞属贴壁型细胞，只有少数细胞类型如某些肿瘤细胞和白细胞可在悬浮状态下生长。 按细胞形态(贴壁细胞）：成纤维型细胞；上皮型细胞；其它，不定型 贴壁型生长细胞或锚着依存性细胞 处于体外培养状态下的贴附生长型细胞在形态上表现单一而失去了在体内原有的某些特征。形态各异反映其胚层起源。如来源于内外胚层的细胞多呈上皮型；来自中胚层的则易呈成纤维细胞型。分为成纤维型细胞；皮型细胞；游走型细胞；多形型细胞 贴壁型细胞形态比较 成纤维型细胞：梭形或不规则三角形；中央有卵圆形核；胞质向外伸出长短不同的突起；中胚层间质起源 上皮型细胞：扁平不规则多角形；细胞中央有圆形核；紧密相连单层膜样生长；内、外胚层细胞如皮肤、表皮衍生物、消化管上皮等 游走型细胞：散在生长，一般不连成片；细胞质经常伸出伪足或突起；活跃的游走或变形运动；羊水细胞培养的早期 多形细胞型：难以确定规律和稳定的形态；如神经组织的细胞等
细胞生物学实验 班级：生科142 姓名：旷江 学号：10143131 组号： 2 小组成员：旷江、韦立尧、莫霞指导老师：范立强、李鹏飞 华东理工大学 应用生物学系
摘要 本次细胞生物学实验通过细胞形态与结构的观察技术，细胞化学，细胞生理，细胞培养与分析，细胞周期分析，细胞成分分离与分析，细胞增殖与染色等技术对动植物细胞进行细胞形态结构的观察、细胞生理过程的研究、细胞培养与细胞分析、细胞冻存与复苏等，以此来研究动植物细胞的结构、功能和各种生命规律。 关键词：细胞增殖、细胞染色、冻存复苏、生理过程、形态结构
Abstract The cell biology experiment was carried out by cell morphology and structure observation technique, cytochemistry, cell physiology, cell culture and analysis, cell cycle analysis, cell fractionation and analysis, cell proliferation and staining. Observation of cell physiological processes, cell culture and cell analysis, cell cryopreservation and resuscitation, in order to study the structure of animals and plants, functions and a variety of laws of life. Key words: cell proliferation, cell staining, cryopreservation, physiological processes, morphological structur
冻存细胞的复苏 1、于液氮罐中取出冻存管。 2、37℃水浴锅中摇动，使之快速融化。 3、超净台内酒精棉球擦拭，打开冻存管，吸出细胞悬液，注入离心管中，再滴加2倍培养液，混匀。 4、离心：1500转/分，3分钟，弃上清。 5、吸取2-3ml培养液加入到离心管中，吹打制悬，接种到培养瓶中，37℃培养。 组织块法培养骨骼肌细胞 1、将新生大鼠处死，再用酒精棉球擦拭其全身消毒，带入超净台内于肩关节和髋关节处剪取四肢（去爪），置培养皿中。 2、PBS液中，清理血污，剥去皮肤。 3、用PBS液洗涤两次，并剔除脂肪，结缔组织，血液等杂物。 4、用将肌组织从骨骼上剪切下来，PBS液清洗后转移至干净培养皿中。 5、加少量培养液，将组织剪成1mm3小块，用吸管将其转移到培养瓶，贴附与瓶底面。翻转瓶底朝上，将培养液加至瓶中，培养液勿接触组织块。入37℃培养箱静置0.5-1小时，轻轻翻转培养瓶，使组织浸入培养液中（勿使组织漂起），37℃继续培养。 贴壁细胞的传代和冻存 1、超净台中打开细胞培养瓶，用吸管将培养液吸出。 2、加入PBS液，使其覆盖培养瓶底部，轻轻摇动后倒掉。 3、加入消化液，以覆盖整个培养瓶底部，盖好瓶盖，于倒置显微镜下观察，待 见到细胞质回缩、细胞间隙增大后于超净台内倒掉消化液。 4、加培养液终止消化。 5、用吸管吸取培养瓶中的培养液，反复吹打瓶壁，制备细胞悬液。 6、将细胞悬液吸入离心管中，离心1500转/分，3分钟，倒掉上清。 7、加入3ml培养液于离心管中，吹打制悬。 8、取2ml细胞悬液进行接种后，剩余细胞悬液继续离心1500转/分，3分钟。 9、去上清，加入1ml冻存液，制悬，转移到冻存管，再按照-4℃1小时→-20℃ 2小时→-80℃2小时→液氮的顺序进行冻存。 细胞计数
激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高。由于谐振腔对 光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以激光具有很高的方向性。半导体激光器的方向性最差。衍射极限θm≈1.22λ D (λ为波长，D为光束直径)；激光是由原子受激辐射而产生，因而谱线极窄，所以单色性极好。单模稳频气体激光器的单色性最好，半导体激光器的单色性最差；激光是通过受激辐射过程形成的，其中每个光子的运动状态（频率、相位、偏振态、传播方向）都相同，因而是最好的相干光源。激光是一种相干光这是激光与普通光源最重要的区别；激光的高方向性、单色性等特点，决定了它具有极高的单 色定向亮度。相干性包括时间相干和空间相干，有时用相干长度L C=C ?V 来表示相干时间。自发辐射：处于高能级E2的原子自发地向低能级跃迁，并发射出一个能量为hv=E2?E1的光子，这个过程称为自发跃迁。 自发辐射跃迁概率（自发跃迁爱因斯坦系数）A21=（dn21 dt ） sp 1 n2 = ?1 n2dn2 dt （n2为E2能级总粒子数密度；dn21为dt时间内自发辐射跃迁 粒子数密度）；受激辐射：在频率为v=(E2?E1)/h的光照激励下，或在能量为hv=E2?E1的光子诱发下，处于高能级E2上的原子可能跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与诱发光子的状态完全相同的光子，这 个过程称为受激辐射跃迁W21=（dn21 dt ） st 1 n2 =?1 n2 dn2 dt 。受激辐射跃 迁与自发辐射跃迁的区别在于，它是在辐射场（光场）的激励下产生的，因此，其月前概率不仅与原子本身的性质有关，还与外来光场的单色能量密度ρv成正比，W21=B21ρv，B21称为爱因斯坦系数；受激吸收：处于低能级E1的原子，在频率为v的光场作用（照射）下，吸收
细胞生物学实验汇总
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实验一、二：细胞凝集反应和细胞膜通透性的观察 【基本原理】 细胞膜表面的有分支状糖外被，细胞间的联系、细胞的生长和分化、免疫反应、肿瘤的发生等都和细胞表面的分支状糖分子有关。凝集素（lectin）是一类含糖并能与糖分子专一结合的蛋白质，它具有凝集细胞和刺激细胞分裂的作用。凝集素使细胞凝集是由于它与细胞表面的糖分子连接，在细胞表面间形成“桥”的结果，加入与凝集素互补的糖可以抑制细胞的凝集。 细胞膜是细胞与外界环境进行物质交换的结构。可选择性地让某些物质进出细胞，各种物质出入细胞的方式是不同的，水是生物界最普遍的溶剂，水分子可以按照物质浓度梯度从渗透压低的一侧通过细胞膜向渗透压高的一侧扩散，以至于在高渗环境中，动物细胞会失水而收缩；在低渗环境中，动物细胞会吸水膨胀直至破裂。 本实验将红细胞分别放于各种等渗溶液中，由于红细胞膜对不同溶质的通透性不同，使得不同溶质透入细胞的速度相差很大，有些溶质甚至不能透入细胞。当溶质分子进入细胞后可引起渗透压升高，水分子随即进入细胞，使细胞膨胀，当膨胀到一定程度时，红细胞膜会发生破裂，血红素溢出，此时，原来不透明的红细胞悬液突然变成红色透明的血红蛋白溶液，这种现象称为红细胞溶血。由于各种溶质进入细胞的速度不同，所以不同的溶质诱导红细胞溶血的时间不同，相反可通过测量溶血时间来估计细胞膜对各种物质通透性的大小。 【方法步骤】 1．制备土豆凝集素液和红细胞悬浮液，制备无血清的鸡红细胞悬液，使凝集素液和红细胞悬液混合，静置后，在光镜（低倍）下观察凝集素使红细胞凝集的现象。（以PBS 缓冲液加2％血细胞作对照实验）[土豆凝集素的制备：称取土豆去皮块茎2g , 加10 mL PBS 缓冲液，浸泡2h（浸出的粗提液中含有可溶性土豆凝集素） , 载玻片上滴一滴土豆凝集素,再滴一滴2％红细胞液,充分混匀静置20 min , 低倍显微镜下观察血球凝集现象。] 2．观察10%的鸡红细胞悬液，可见该悬液为一种不透明的红色液体 3．观察溶血现象取一支试管，再加入4ml 蒸馏水，加入0.4ml 鸡红细胞悬液，混匀后注意观察溶液颜色的变化，可见溶液由不透明的红色变成透明的红色液体（可将试管贴靠在书上，隔着试管看书中的字，如发现溶血则文字可被看清）。 4．观察鸡红细胞对不同物质的通透性 （1）取一支试管，和0.17M 的Nacl 溶液4ml，加入0.4ml 鸡红细胞悬液，轻轻摇匀，用上述方法观察是否出现溶血现象，如出现溶血，记下发生溶血所需要的时间（从加入4ml 溶液算起） （2）按上述方法分别加入下列9种溶液是否导致红细胞溶血并记录实验结果。 ①0.17M 氯化铵②0.17M 硝酸钠③0.17M 硫酸钠④0.17M 醋酸胺 ⑤0.17M 草酸铵⑥0.17M 葡萄糖⑦0.17M 甘油⑧0.17M 乙醇 ⑨0.17M 丙酮 【实验结果】 1、土豆凝集素能使鸡红细胞凝集，PBS 对照液中红细胞分散均匀。对照组未凝血，实验组凝血。 2、氯化钠、硝酸钠、硫酸钠溶液不溶。醋酸铵>草酸铵>氯化铵>乙醇>甘油>丙酮>葡萄糖。膜通透性大小主要取决于分子大小和分子极性。小分子比大分子容易通过，非极性比极性易通过，带电荷离子高度不透。
实验一显微镜的结构及使用 [实验目的] （一）熟悉显微镜的结构及各部件性能。 （二）掌握显微镜的使用方法。 （三）了解显微镜的维护方法。 [实验原理] 虽然显微镜的目镜和物镜的结构很复杂，但它的作用相当于一个凸透镜，其成像原理和光路图如图1所示，被检物体AB放在物镜（O1）下方的1—2倍焦距之间，则在物镜（O1）后形成一个倒立的放大实像A1B1，这个实像正好位于目镜（O2）的下焦点之内，通过目镜后形成一个放大的虚像A2B2，这个虚像通过调焦装置使其落在眼睛的明视距离处，即25cm,使所看到的物体最清晰，也就是说虚像A2B2是在眼球晶状体的两倍焦距之外，通过眼球后在视网膜形成一个倒立的A2B2缩小像A3B3。 [实验器材]擦镜纸字母装片羊毛交叉擦片普通光学显微镜二甲苯香柏油 三内容与方法： 普通光学显微镜(Microscope)的外形和结构因类型不同略有差异，但基本结构和功能是相似的。（图2） （一）微镜的基本结构及功能：光学显微镜由机械部分、照明部分和光学部分构成。1.机械部分： （1）镜座：位于底部的金属座。一般为马蹄形，用以支持和稳定整个镜体。 （2）镜柱：镜座与镜臂相连的短柱。 （3）镜臂：镜柱上方弯曲部分，是取用显微镜时握拿的部位。 （4）镜筒：在镜臂的上方倾斜的金属园筒，上端装有目镜、下端转折处装有棱镜，使光线转折450。其上有一固定螺钉将镜筒连接于镜臂上方。 （5）调节器：在镜柱两侧有大小两个螺旋，大螺旋为粗调节器，转动时能使载物台快速升降。调节范围较大，适于低倍镜调焦用。小螺旋为细调节器，转动是载物台仅缓慢升降，调节范围较小，适于调节物象的清晰度。此外，在右侧粗调节器内侧有一窄环，称粗调松紧调节轮，用以调节粗调节器的松紧度。向外转时偏紧，向内转时偏松。左侧粗调节器内侧有一粗调限位调节环凸柄，向上推紧时，镜台上的最高点被固定（这两个环一般不需调节）。（6）旋转盘：又称物镜转换器，安装在镜筒下端，为一可旋转的圆盘，上有4个圆孔，