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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
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。
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。
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。
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。
实验一：He-Ne 激光器谐振腔调整和激光特性的测量一、实验目的：1.了解He-Ne 激光器的构造。
2. 观察并测量He-Ne 激光器的功率、发散角等特性参数。
3. 调整谐振腔一端的反射镜，观察谐振腔改变后He-Ne 激光器性能参数的变化。
4. 了解外腔He-Ne 激光器的偏振态。
5. 通过光栅方程来验证He-Ne 激光的波长。
二、实验内容：1. He-Ne 激光器发散角测量由于远场发散角实际是以光斑尺寸为轨迹的两条双曲线的渐近线间的夹角，所以我们应延长光路以保证其精确度，此时需要在前方放置反射镜。
可以证明当距离大于λωπ207时所测的全发散角与理论上的远场发散角相比误差仅在1%以内。
（1）确定和调整激光束的出射方向，放置一个反射镜来延长光路。
（2）在光源前方L1处用光功率计检测，在与光轴垂直的某方向延正负轴测量并绘出光功率/位移曲线。
（3）由于光功率/位移曲线是高斯分布的，定义Pmax/e2为光斑边界，测量出L1位置的光斑直径D1。
（4）在后方L2处用光功率计同样测绘光强/位移曲线，并算出光斑直径D2。
（5）由于发散角度较小，可做近似计算，θ2=D2-D1/L2-L1,便可以算出全发散角2θ。
2 .利用光栅方程验证波长。
He-Ne 激光器的波长是623.8nm, 通过光栅方程可以验证激光器的波长值。
观察衍射图样，统计出衍射级数j 。
根据三角公式，计算出衍射角θ。
由于光栅常数d 已知，根据光栅方程可以计算出激光波长。
),2,1,0(sin ±±==j j d λθ1. 观察He-Ne 外腔激光器模型，了解各部分构造及工作原理。
He-Ne 激光器的组成包括有：共振腔（由放电毛细管和反射镜组成）、工作物质（有氦氖气体按一定比例组成）、放电电源（通常多采用直流高压电源）。
当氦氖激光器的电极上加上几千伏的直流高压后，管内就产生辉光发电，对工作物质进行激励从而引起受激辐射，经共振腔进行光放大以后，即产生激光输出。
迈克耳孙干涉仪的调节及氦氖激光波长的测定[实验目的]1、 掌握迈克耳孙干涉仪的调节和使用方法；2、 调节和观察迈克耳孙干涉仪产生的干涉图，以加深对各种干涉条纹特点的理解；3、 应用迈克耳孙干涉仪测定He-Ne 激光波长。
4、 观察等厚干涉。
[实验仪器]迈克耳孙干涉仪，He-Ne 激光器，多束激光源，带网格线的毛玻璃屏，扩束镜，台灯。
[实验原理]M 1和M 2时在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺旋，用来调节镜面的方位；M 2是固定的，M 1由精密丝杆控制，可沿臂轴前后移动，其移动距离由转盘读出。
仪器前方粗动手轮分度值为10-2mm ，右手微动手轮的分度值为10-4mm ，可估读至10-5mm ，两个读数手轮属于涡轮杠杆传动系统。
在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成45°的平行平面玻璃板P 1，且在P 1的第二平面上镀上半透膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射光2，故P 1板又称分光板。
P 2也是一平行平面玻璃板，与P 1平行放置，厚度和折射率与P 1相同。
由于它补偿了1和2之间附加的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S 射来的光，到达分光板P 1后被分成两部分。
反射光1在P 1处反射后向着M 1前进；透射光2透过P 1后向着M 2前进．这两列光波分别在M 1、M 2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E 处．既然这两列光波来自光源上同一点O ，因而是相干光，在E 处的观察者能看到干涉图样。
由于从M 2返回的光线在分光板P 1的第二面上反射，使M 2在M l 附近形成一平行于M 1的虚像M'2，因而光在迈克耳孙干涉仪中自M 1和风的反射，相当于自M 1和M'2的反射．由此可见，在迈克耳孙干涉仪中所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。
测He-Ne 激光的波长：2λNd =∆，Nd∆⨯=2λ 式中：d ∆是M 1、M 2之间距离的变化量，N 为条纹的吞吐个数，λ为波长。
氦氖激光器频率氦氖（He-Ne）激光器是一种常见的气体激光器，常用于实验室和工业领域。
它的发射频率通常在红外到近红外波段，具有较高的单色性和较窄的谱线宽度。
以下是关于氦氖激光器频率的一些相关参考内容。
1. 氦氖激光器的频率范围氦氖激光器通常在红外到近红外波段进行发射，频率范围通常为1.152 µm到1.543 µm（光的波长）。
在激光器运行时，激发气体中的氦原子和氖原子通过受激辐射而发出光子。
这些发出的光子在共振腔中反射，并产生一束具有特定频率的激光。
2. 氦氖激光器的谱线宽度氦氖激光器的谱线宽度通常非常窄，通常在几百千赫兹至一千千赫兹（Hz）之间。
这是由于氦氖激光器的工作原理和共振腔的设计。
共振腔的设计和镜子的精确调谐可以使得只有特定频率的光被放大和产生，从而提供了高度单色性的激光输出。
3. 激光器频率的测量测量激光器频率是激光器研究和应用中的重要任务之一。
有几种方法可以测量氦氖激光器的频率，如干涉法、光学腔法和频率计法等。
其中，干涉法是最常用的方法之一。
它利用干涉现象来测量两束光的相对频率。
通过将激光器的输出光线与一个参考光束进行干涉，可以获得激光器的频率信息。
4. 氦氖激光器的应用氦氖激光器的高度单色性和较窄的谱线宽度使其在许多应用领域中得到广泛应用。
在科学研究领域中，氦氖激光器可以用于实验室研究，如光学测量、干涉实验和光谱分析等。
在工业领域中，氦氖激光器常用于激光打标、切割、激光扫描等领域。
5. 氦和氖的能级结构理解氦和氖的能级结构对于理解氦氖激光器的频率输出非常重要。
氦原子的最低能级称为基态，能量较低。
氖原子也有类似的能级结构。
激光器的工作原理是通过外界能量输入激发氦和氖原子的原子壳层的电子，使其跃迁到较高能级，然后通过受激辐射放出激光光子。
总结起来，氦氖激光器的频率通常在红外到近红外波段，具有较高的单色性和较窄的谱线宽度。
测量氦氖激光器频率的常用方法包括干涉法、光学腔法和频率计法等。
氦氖激光器参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是引言的一部分，用于简要介绍氦氖激光器参数的主题和背景。
下面是关于氦氖激光器参数概述的内容：概述氦氖激光器是一种常见且重要的激光器类型，具有广泛的应用领域。
该类型的激光器在科学研究、医疗、工业和通信等领域都扮演着关键的角色。
为了更好地理解和控制氦氖激光器的工作状态，人们需要对其参数进行全面研究和分析。
本篇长文将详细探讨氦氖激光器的参数，包括其基本原理和工作参数。
我们将全面介绍氦氖激光器的工作原理，以及与其相关的参数，如激光波长、频率、功率以及激光束质量等。
通过对这些参数的研究，我们可以更好地了解氦氖激光器的性能特点和限制条件。
除了介绍氦氖激光器参数的原理和定义，本文还将关注这些参数对氦氖激光器性能的影响以及其在各个应用领域中的实际应用。
通过对不同参数的调节和优化，我们可以进一步提高氦氖激光器的工作效率和品质，从而满足各种应用的需求。
最后，本文将总结对氦氖激光器参数的研究成果，并展望其在未来的应用前景。
通过深入研究和探索，我们相信将可以进一步拓展氦氖激光器的应用范围，并为相关领域的科学研究和技术发展做出更大的贡献。
在接下来的正文中，我们将详细介绍氦氖激光器的基本原理和工作参数，并探讨其在不同领域中的应用案例。
通过阅读本文，读者将能够对氦氖激光器参数有一个全面的了解，并且能够应用这些知识进行相关研究和实践工作。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面的描述：本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，首先对氦氖激光器的概述进行介绍，包括它是一种什么样的激光器以及其特点和应用领域等内容。
然后介绍文章的结构，即本文将从氦氖激光器的基本原理和工作参数两个方面进行讨论，并给出了本文的目的。
引言部分的目的是为读者提供一个对文章整体内容有基本了解的导引。
在正文部分，将详细阐述氦氖激光器的基本原理和工作参数。
在2.1节中，将介绍氦氖激光器的基本原理，包括工作原理、激光产生的过程以及相关的光学元器件等。
氦氖激光器波长测定
氦氖激光器是一种气体激光器，它利用氦气和氖气混合产生激光。
氦氖激光器的波长测定是指测量氦氖激光的波长。
氦氖激光器通常产生两个主要的波长：632.8纳米（红光）和543.5纳米（绿光）。
这些波长非常稳定，并且可以通过使用干涉仪、折射仪或光栅进行精确测量。
干涉仪是一种常用的测量氦氖激光器波长的设备。
它利用激光光束的干涉现象来测量波长。
干涉仪由两个光学平台组成，其中一个被称为固定平台，另一个被称为移动平台。
通过调整移动平台的位置，可以观察到干涉条纹的移动。
通过测量干涉条纹的移动距离，可以计算出激光的波长。
折射仪也可以用于测量氦氖激光器的波长。
折射仪通过将激光光束通过一个棱镜或光栅来测量光的折射角。
根据光的折射角和折射率的关系，可以计算出波长。
光栅也是一种测量氦氖激光器波长的常用设备。
光栅是有规律的一排平行线，通过将激光光束通过光栅，可以产生一系列的衍射光束。
根据衍射的角度和光栅常数的关系，可以计算出波长。
通过使用这些仪器和方法，可以准确测量氦氖激光器的波长。
这对于许多应用，如激光测距仪、激光显示和激光切割等，非常重要。
He-Ne 激光器的装调与参数测试一、实验目的1、熟悉He-Ne 激光器的模式结构2、了解F-P 共焦球面扫描干涉仪的原理3、掌握He-Ne 激光器的调整方法4、掌握用共焦球面扫描干涉仪观察、测量激光纵模的方法二、实验原理1、He-Ne 激光器的模式结构He-Ne 激光器是最常用的连续工作气体激光器，以结构形式不同可分为内腔式、半内腔式和外腔式激光器，如图1所示。
二反射镜组成光学谐振腔，放电管内充以不同比例的氦气和氖气（激活物质），二电极通过毛细管放电激励激光工作物质，在氖原子的一对能级间造成粒子数反转，输出受激辐射。
由于谐振腔的作用，使受激辐射光在谐振腔内来回发射，多次通过激活介质而不断加强。
如果单程增益大于单程损耗，即满足产生激光的阈值条件时，则有稳定的激光输出。
（1）外腔式（2）半内腔式由于各种因素引起的谱线加宽，使激光介质的增益系数有一频率分布，如图2所示，该曲线称为增益曲线。
对于He-Ne 激光器，氖原子的自发辐射中心波长为632.8nm ，增益线宽约为1500MHz 。
由无源谐振腔理论可知，激光器的谐振腔具有无数多个固有的分立的谐振频率，只有频率落在工作物质增益曲线范围内并满足激光器阈值条件的那些模式，才能形成激光振荡，如图2所示。
如果不采取选模措施，则He-Ne 激光器一般以多模方式工作。
不同的振荡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（即腔轴z 方向）的光场分布和横向（即垂直于z 轴方向的xy 平面）的光场分布。
通常用符号TEM mnq 标志不同模式，其中q 为纵模序数，一般为很大的正整数；m 、n 为横模序数，一般为0，1，2。
TEM 00q 代表基横模，它对应的光场分布特点是：在光腔轴线上光振幅最大，从中心到边缘振幅逐渐降落。
每一个q 对应纵向一种稳定的电磁场分布，称为一个纵模。
对于同一阶横模，相邻两纵模间距为Lcmnq q mn q 2)1(= = +其中 为腔中介质的折射率，L 为谐振腔的长度。
氦氖激光波长测定实验报告通过测定氦氖激光的波长，掌握激光器的基本工作原理和使用方法。
实验器材：氦氖激光器、光栅衍射仪、白炽灯、光电二极管、角度测量仪、加热器等。
实验原理：氦氖激光器产生的激光波长可通过光栅衍射仪进行测定。
光栅衍射仪利用光的衍射现象，通过测量衍射角度和光栅常数，可以计算出入射光的波长。
实验步骤：1. 装置激光器并接通电源，调整激光器的工作状态，使其稳定工作。
2. 将光栅衍射仪放置在激光器前方，调整仪器位置和角度，使其与激光器光路平行。
3. 在光栅衍射仪的光路上放置一个白炽灯，作为参照光源。
将光电二极管放置在光栅的衍射最大亮度处，连接到角度测量仪上。
4. 调节衍射仪的角度，使白炽灯的光和激光器发出的光都能通过光栅并进行衍射。
记录下此时的角度。
5. 将激光器的波长调到所需测定的范围内，再次调节衍射仪的角度，使激光的光通过光栅并进行衍射。
记录下此时的角度。
6. 根据衍射仪的角度差和光栅的常数，计算出激光的波长。
实验结果与分析：通过上述实验步骤，我们得到了氦氖激光的波长测定结果。
根据衍射仪的角度差和光栅的常数，可以计算出波长的数值。
在实验中，我们还可以观察到激光光束的聚束性和单色性。
激光的单一波长使得光束具有较好的直线传播性质和相干性，这在很多科学研究和工程应用中有重要意义。
实验中可能的误差和改进措施：1. 由于实验中的设备和仪器都有一定的误差，所以测量结果可能会有一定的误差。
可以通过多次重复测量和求平均值的方法，减小误差的影响。
2. 实验中的光电二极管的灵敏度和角度测量仪的精度也会对实验结果产生一定的影响。
可以使用更加精确的仪器来提高测量的精度。
3. 在实验过程中，还要注意避免光路受到外界因素的干扰，比如震动和杂散光的干扰等。
结论：通过本实验，我们成功测量了氦氖激光的波长，并了解了激光的工作原理和特性。
激光技术在科学研究、医学、通信等领域有着广泛的应用前景，对于我们深入了解激光的基本性质和使用方法有着重要的意义。
普通物理实验C课程论文题目氦氖激光器模式分析实验学院物理科学与技术学院专业物理学（师范类）年级2011级学号姓名指导教师论文成绩_____________________答辩成绩_____________________2012年12月07日氦氖激光器模式分析实验研究Helium neon laser model analysis Experimental Study赵子龙2011级物理学院摘要：首先阐述了氦氖激光器漠视分析实验的实验原理，其次介绍了氦氖激光器模式分析实验仪器，说明氦氖激光器在物理学中的应用。
Abstract:First elaborated the He-Ne laser indifference analysis experiment principle, followed by the introduction of the He-Ne laser mode analysis of the experimental apparatus, description of He-Ne laser in the application of physics.关键词：氦氖激光器，横模，纵模，自由光谱范围，精细常数。
Key word:Helium neon laser, transverse, longitudinal mode, free spectral range, fine constant.引言：该实验主要目的是了解激光器模式分析的实验原理以及方法，要掌握激光器模式分析的一般方法。
1 问题的提出：关于激光器的运用很广泛，因此要对激光器的原理及应用有所了解，这就是要进行激光器模式分析实验的原因。
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，而激光器稳频和激光测距等不仅要基横模而且要求单纵模运行的激光器。
因此进行模式分析是激光器的一项基本又重要的性能测试。
.实验40用迈克尔逊干预仪测量氦氖激光器波长一、实验目的1.了解迈克尔逊干预仪的结构及调整方法，并用它测光波波长2.通过实验观察等倾干预现象 二、实验仪器氦氖激光器、迈克尔逊干预仪 (250nm)、透镜、毛玻璃等。
迈克尔逊干预仪外形如图一所示。
其中反射镜M1是固定的，M2可以在导轨上前后移动，以改变光程差。
反射镜M2的移动采用蜗轮蜗杆传动系统，转动粗调手轮〔2〕可以实现粗调。
M2移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺〔5〕上读得。
通过读数窗口，在刻度盘〔 3〕上可读到；转动 微调手轮〔1〕可实现微调，微调手轮的分度值为 1×10-4mm 。
可估读到10-5mm 。
M 1、M 2反面各有3个螺钉可以用来粗调 M1和M2 的倾度，倾度的微调是通过调节水平微调〔 15〕和竖直微调螺丝〔16〕来实现的。
图一图二三、实验原理1.仪器根本原理迈克尔逊干预仪的光路和结构如图二所示。
M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜。
P1、P 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，与 M 1、M 2均成45°角。
P 的一个外表 2 1 镀有半反半透膜，使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光；P1称为分 光板。
当光照到P1上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光〔 1〕射到M1，经M1 反射后，透过P2，在P1的半透膜上反射后射向 E ；反射光〔2〕射到M2，经M2反射后，透过P1射向E。
由于光线〔2〕前后共通过112 P三次，而光线〔1〕只通过P一次，有了P，它..们在玻璃中的光程便相等了，于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差就可以了，所以P 2称为补偿板。
当观察者从E 处向P 1看去时，除直接看到M 2外还看到M 1的像M 1ˊ。
于是〔1〕、〔2〕两束光如同从M 2与M 1ˊ反射来的，因此迈克尔逊干预仪中所产生的干预和 M 1′～M 2间“形成〞的空气薄膜的干预等效。
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。
