专业实验 实验四 氦氖多谱线激光器实验讲义1

实验报告课程名称： 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： He-Ne 激光器与激光谐振腔 同组学生姓名一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求本套实验装置的核心He-Ne 激光器，采用的是一种半内腔结构，激光器的一个全反射镜与毛细管、储气套等做成一体，并在出厂前将全反射镜与毛细管调至垂直。

而另一个半反射镜则被安装在一个精密二维调整架上，可灵活移动。

通过一准直光源调整激光管和半反射镜，使之产生激光。

用激光功率计检测这束激光并进一步调整膜片使之达到最佳状态（功率最大）。

观察光斑大小和光强分布。

用扫描干涉仪观察其纵膜的频谱分布情况。

调整工作电流，观察输出功率的变化。

重复移动半反射镜并重新使之达到最佳状态，观察光斑大小和分布变化，记录功率，用干涉仪观察纵膜，比较前后变化，分析腔长对功率、纵膜、横膜、发散角、束腰、腔型的影响。

在激光管与半反射镜之间插入一可调损耗，使之与增益刚好达到平衡，通过对损耗的测量，求得 激光管的增益。

通过实验，掌握激光调谐的原理和技巧，验证谐振腔理论和有关增益的概念，全面、深入地了解激光器的结构、特性、工作条件和相关理论。

二、 实验内容和原理1.改变工作电流，观察电流与输出功率的关系。

（在超过5mA 的大电流时，工作时间不可过长。

） 2.腔长与激光功率、横模、纵模、束腰、发散角的关系1）设备调试完成后，用功率计测量其最大功率。

用显示屏在全反射端一定距离处（2-3米）观察光斑的大小和形状，光斑的大小反应了发散角的大小，光斑的形状即为激光的横模。

观察半反射镜上的光斑（束腰）大小。

在半反射镜端装上F-P 扫描干涉仪探头，观察纵模情况。

装订线专业： 姓名： 学号：日期： 10.21 地点：2）松开反射镜架滑块上的螺钉，移动反射镜，在适当位置上重新锁紧，以改变谐振腔的腔长和腔型。

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。

近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间： 2009 年 03 月 17 日， 第 三 周， 周 三 ， 第 5-8 节实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙实验地点： 综合楼 501实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压实验题目： 氦氖激光器的模式分析实验仪器：（注明规格和型号）扫描干涉仪；高速光电接收器；锯齿波发生器；示波器；半外腔氦氖激光器及电源；准直用氦氖激光器及电源；准直小孔。

实验目的：（1） 了解扫描干涉仪原理，掌握其使用方法； （2） 学习观测激光束横模、纵模的实验方法。

实验原理简述：1. 激光器模式的形成激光器由增益介质、谐振腔、激励能源三个基本部分组成。

如果用某种激励的方式，使介质的某一对能级间形成的粒子数反转分布，由于自发辐射的作用，将有一定频率的光波产生，并在谐振腔内传播，被增益介质增强、放大。

形成持续振荡的条件是：光在谐振腔内往返一周的光程差为波长的整数倍，即q q uL λ=2满足此条件的光将获得极大的增强。

每一个q 对应纵向一种稳定的电磁场分布λq ，叫一个纵模，q 称为纵模序数。

纵模的频率为uL c qq 2=ν 相邻两个纵模的频率间隔为uLc q 21=∆=∆ν 因此可以得知， 缩短腔长的方法是获得单纵模运行激光器的办法之一。

当光经过放电毛细管时，每反馈一次就相当于一次衍射，多次反复衍射，就在横向的同一波腹处形成一个或多个稳定的衍射光斑。

每一个衍射光斑对应一种稳定的横向电磁场分布，称为一个横模。

模式指激光器内能够发生稳定光振荡的形式，每一个膜，既是纵模，又是横模，纵模描述了激光器输出分立频率的个数，横模描述了垂直于激光传播方向的平面内光场的分布情况。

激光的线宽和相干长度由纵模决定，光束的发散角、光斑的直径和能量的横向分布由横模决定。

，一个膜由三个量子数表示，通常记作TEM mnq 。

He —Ne 激光器的调试物理系 光学 赵婷 0811130052引言：He —Ne 激光器的调试有两种方法，十字叉丝法和激光准直法，这次实验就是体会一下这两种调试方法，然后调整激光的最大输出功率实验原理：He —Ne 激光器的结构如图所示：图1：He —Ne 激光器的结构示意图其中，1R ，2R 为反射镜，另外在激光器工作时放电管两侧还加了磁场，磁场的作用是保证打出的光是632.8nm 波长的光，限制其他波长光的产生。

在放电管里通以额定电流使之放电，则放电管内就会产生稠密等离子体，由于等离子体的自由电子与氦原子发生碰撞使氦原子激发，在氦氖能级中，氦有亚稳态32s （19.8电子伏）和12s （20.6电子伏），氦原子被分别激发到这两个态上，由于氖存在比这些能级稍微低一点的能级2s 与3s ，所以被激发的氦原子一方面在进行热运动，一方面在进行高效率的能量交换，氖就被激发到亚稳态2s 或3s 态上，这是氦又一次回到激态，氦的作用就是通过放电为氖提供激发能量。

从氖的2p 到1s 的跃迁强，所以2p 的能级寿命短，在2s 与2p ，3s 与3p 之间建立粒子数反转分布，所以当采用与振荡地波长相适合的光学共振腔时，就可得到2s —2p 和3s —3p 的振荡或者产生3s —2p 的跃迁，这种跃迁产生波长是632.8nm的近红外光。

另外，因为处在1s能级上的氖原子必须迅速返回到基态，所以把放电管做的细一些，让氖原子与管壁发生碰撞而使能量猝灭。

2：激光发生示意图实验步骤：（一）十字叉丝法1．调整激光器电压约为12伏特，用能让光透过的中心有小孔的十字叉丝座来观察阴极激光，这时一般会看到直径相当于放电管直径的蓝色斑点。

2．调节十字叉丝的位置，直到蓝色斑点的中心出现一较小直径的亮蓝色斑点。

反复调节反射镜，使亮蓝色斑点正好位于十字叉丝的中心。

3．用同样的方法调节阳极端。

4．在激光器的出光端对十字叉丝所在范围通过调整反射镜进行扫描，直到看到红色的激光射出。

He-Ne 激光器谐振腔调节与模谱分析实验注意事项1不要随意实用或操作未经允许的实验仪器或装置。

2注意激光安全。

绝对不可用眼直视激光束，或借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损伤眼睛。

3He-Ne激光器电源有高压输出，严禁接触电源输出和激光头的输入端，以防触电。

4严禁用手或其他物品接触所有光学元件的光学表面（如激光管输出端和反射镜片的表面）。

5支架上的调整螺丝，只可微量调整。

过度的调整，会损坏仪器。

激光模谱实验预习要求1了解He-Ne激光器的基本结构和工作原理。

2明确本实验的主要实验目的。

3能够简要说明激光器谐振腔的结构及输出激光模谱特性。

4明确本实验拟完成的主要实验和观测内容。

一、实验目的1 学习半外腔式He-Ne 激光器谐振腔的共轴调节方法。

2 观察He-Ne激光器的激光输出特性。

3 用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne激光器输出模谱。

二、实验原理1He-Ne激光器谐振腔的共轴调节－激光准直法He-Ne激光器的谐振腔主要由放电毛细管和位于两端的反射镜构成。

激光器谐振腔的共轴调节主要包括以下内容：（1）毛细管的直度调节；由于放电毛细管很细（内径只有1-2mm），毛细管必须有很好的直度才能保证激光能够顺利通过，毛细管的增益截面才能得到有效利用。

（2）两端反射镜的平行度调节；为使激光在两反射镜之间来回反射多次而不溢出腔外，使光波在腔内有足够的寿命，两反射镜之间就要保持很高的平行度才行。

（3）毛细管和反射镜的垂直度调节；只有毛细管和反射镜高度垂直度，反射光波才能多次通过毛细管中的增益介质被放大。

图1 半外腔式谐振腔结构示意图图2 激光准直法光路示意图 本实验主要学习用激光准直法对激光谐振腔的平行度和垂直度进行调节。

图1所示为本实验所用的He-Ne 激光器谐振腔的结构示意图。

图2为用激光准直法调节谐振腔的光路示意图。

图中，LD 为一小功率半导体激光器，SL 为一小孔光拦。

当激光器因为谐振腔失谐不出光时，可通过以下步骤调节出光：（1）将谐振腔的部分反射镜（输出镜）先拿掉。

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学院：物理科学与技术学院专业：物理学师范年级：2011级学号：222011315231231 姓名：李生宝指导教师：雷衍涟论文成绩：答辩成绩：2012年12月12 日氦氖激光器模式分析李生宝西南大学物理科学与技术学院，重庆 400715摘要：激光的模式结构是激光器性能指标中的一项重要内容，本实验基于激光的形成、激光模式的形成；共焦球面扫描干涉仪的工作原理、性能及使用方法等相关知识对He-Ne激光器的模式结构进行分析测量。

同时又是对于前面所述知识点的一个复习和巩固。

同时，实验过程中的一些小技巧和注意事项也在讨论之列。

关键词：He-Ne激光器；模式结构及分析；共焦球面扫描干涉仪引言：相信激光这名词对大家来说一点也不陌生。

在日常生活中，我们常常接触到激光，例如在课堂上我们所用的激光指示器，与及在计算机或音响组合中用来读取光盘资料的光驱等等。

高亮度、高方向性、高单色性和高相干性是激光的四大特性。

He-Ne激光器是目前应用最广泛的激光器。

它结构简单，由三大部分组成，即工作物质，谐振腔和激励电源。

其基本结构如下图。

激光的单色性好，说明它具有非常窄的谱线宽度，这样窄的谱线是受激辐射后，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、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。

当从与光输出方向平行（纵向）或垂直（横向）两个不同方向观测时，发现其分别具有许多不同的特征，为方便讨论，分别称为纵模和横模。

在激光器的生产和应用中，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除此之外还要求单纵模运行的激光器。

因此，对激光器的模式分析是一项基本又重要的性能测试。

模式分析的主要内容包括，利用共焦球面扫描干涉仪观察激光器的模式频谱结构，分析哪些频谱属于同一纵模（横模）；哪些是基横模，哪些是高阶横模并测量和分析出激光器所具有的纵模个数、纵模频率间隔值，横模个数、横模频率间隔值。

氦氖激光器光束的模式分析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。

另一方面，在激光器中利用锁模技术可得到持续时间短到皮秒（ps＝10－12s）量级的强脉冲激光。

极强的超短脉冲光源大大促进了像非线性光学、时间分辨激光光谱学、等离子体物理等学科的发展。

氦氖激光器是常见的一种激光器，它在准直、计量、光全息处理等研究领域中有着广泛的应用，但由于普通的He-Ne激光器在功率较高时（即增益管较长时）会出现多个纵模，对于干涉、计量等一些要求单色性很强的激光研究领域不适用。

本实验分析氦氖激光器的模式并进行简单锁模。

【实验目的】1、了解扫描干涉仪原理，掌握其使用方法。

2、学习观测激光束横摸、纵摸的实验方法。

4学习和掌握激光锁模和声光调制原理。

5 掌握锁模激光器结构特定及调试方法。

6 观察腔长变化及调制深度对输出光脉冲的影响。

【实验原理】1共焦球面扫描干涉仪工作原理共焦球面扫描干涉仪（简写FPS ）由两个曲率半径r 相等、镀有高反膜层的球面镜M1、M2组成，两者之间的距离L 称作腔长，如图1所示。

压电陶瓷内外两面加上锯齿波电压后，驱动一个反射镜作周期性运动，用以改变腔长L 而实现光谱扫描。

由于腔长L 恰等于曲率半径r ，所以两反射镜焦点重合，组成共焦系统。

当一束波长为λ的光近轴入射到干涉仪内时，在忽略球差情况下，光线走一闭合路径，即光线在腔内反射，往返两次之后又按原路行进。

图1 共焦球面扫描干涉仪结构示意图从图1可以看出，一束入射光将有1、2两组透射光。

若m 是光线在腔内往返的次数，则1组经历了4m 次反射；2组经历了4m+2次反射。

设反射镜的反射率为R ，Harcher 给出了1、2两组的透射光强分别为： 222110222()[1()sin ]11T R I I R R β-=+-- （1）221I R I = （2）这里I0是入射光强，T 是透射率，β是往返一次所形成的位相差，即222/n L βπλ= （3）n2是腔内介质的折射率。

激光专业实验（四） 精密位移量的激光干涉测量方法一、实验目的：1、了解激光干涉测量的原理2、掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉测量方法3、了解激光干涉测量方法的优点和应用场合 二、实验原理本实验采用泰曼－格林（Twyman-Green ）干涉系统，T －G 干涉系统是著名的迈克尔逊白光干涉仪的简化。

用激光为光源，可获得清晰、明亮的干涉条纹，其原理如图1所示。

图1 T －G 干涉系统激光通过扩束准直系统L 1提供入射的平面波（平行光束）。

设光轴方向为Z 轴，则此平面波可用下式表示： i k z Ae Z U =)( (1)式中A −−平面波的振幅，λπ2=k 为波数，λ−−激光波长此平面波经半反射镜BS 分为二束，一束经参考镜M 1，反射后成为参考光束，其复振幅U R 用下式表示)(R R z R R e A U φ⋅=(2)式中A R −−参考光束的振幅，φR （z R ）−−参考光束的位相，它由参考光程z R 决定。

另一束为透射光，经测量镜M 2反射，其复振幅U t ，用下式表示： )(t t z i t t e A U φ⋅=(3)式中A t −−测量光束的振幅，φt （z t ）−−测量光束的位相，它由测量光程Z t 决定。

此二束光在BS 上相遇，由于激光的相干性，因而产生干涉条纹。

干涉条纹的光强I(x,y)由下式决定*⋅=U U y x I ),( (4)式中***+=+=t Rt R U U U U U U ,，而U*，U R *，U t *为U ，U R ，U t 的共轭波。

当反射镜M 1与M 2彼此间有一交角2θ，并将式(2)，式(3)代入式(4)，且当θ较小，即sin θ≅θ时，经简化可求得干涉条纹的光强为：)2c o s1(2),(0θkl I y x I += (5) 式中I 0−−激光光强，l −−光程差，t R z z l -=。

式(5)说明干涉条纹由光程差l 及θ来调制。

5_1氦氖激光器的模式分析实验报告本实验目的:(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。

实验装置各部分说明:(1)激光器，具有不同模式结构的激光器四支，可分别了解它们不同的模式状况，从中学习模式分析的基本方法。

(2)激光电源，用来激发激光器。

工作电流等参数由“实验说明书”提供。

(3)小孔光阑，用于调光的辅助工具，起正负两方向光束准直作用。

(4)扫描干涉仪，使激光器的各个不同模按频率展开，透射光中心波长为6328A。

自由光谱范围应在1500-2000MHz，每伏电压使腔长改变24~25A，具体数据由实验室给出(分析40cm长的激光器，精细常数应大于100;而分析1m长的激光器，精细常数要求更高，应大于200)。

仪器上有两个方位螺旋，用于调节腔的轴向方位。

(5)接收放大器，内有光电二极管，将扫描干涉仪输出的光信号转变成电信号，经放大输入到示波器的Y轴。

(6)放大器电源，提供放大器内光电二极管的工作电压，一般用5一10V。

注意正负极不要接错。

(7)锯齿波发生器，本实验采用XFD一8B型超低频信号发生器，电压峰值在0150V内连续可调，周期用20ms，锯齿波电压除了加在扫描干涉仪的压电陶瓷上，同时输到示波器X轴上作同步扫描。

为便于观察，希望能移动序的中心波长在频谱图中的位置，比如使每个序中所有模能完整地展现在示波器上，这可通过增设一个直流偏置电源，用以改变对腔扫描的电压的起点，协助调节。

偏置电源的输出电压在0∽100V内连续可调，这里从简。

(8)示波器，用于展现经扫描和放大后的He-Ne激光器的频谱图。

本实验采用的是DF4320型示波器。

实验步骤与内容1、按装置图连接线路，经检查无误，方可接通。

2、点燃激光器，注意，激光管内与铝筒相连的伸出端为阴极，不要接反。

实验40 用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长一、实验目的1.了解迈克尔逊干涉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涉现象二、实验仪器氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪(250nm)、透镜、毛玻璃等。

迈克尔逊干涉仪外形如图一所示。

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0.01mm；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。

M1、M2背面各有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.仪器基本原理迈克尔逊干涉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、P2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，与M1、M2均成45°角。

P1的一个表面镀有半反半透膜，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P1三次，而光线（1）只通过P1一次，有了P2，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，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M 1´～M 2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。

2.干涉条纹的图样本实验用He-Ne 激光器作为光源（见图三），激光S 射向迈克尔逊干涉仪，点光源经平面镜M 1、M 2反射后，相当于由两个点光源S 1ˊ和S 2ˊ发出的相干光束。

实验二 He-Ne激光器的模式分析一、实验目的1.用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne激光器的相邻纵模间隔，判别高阶横模的阶次。

2.了解激光的频谱结构，掌握扫描干涉仪的使用方法及测定其性能指标的实验技能。

3.观察激光器的频率漂移及跳模现象，了解其影响因素；观察激光器的输出横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。

二实验设备He-Ne激光器、激光电源、小孔光阑、共焦球面扫描干涉仪、锯齿波发生器、放大器、示波器等三、实验原理1．激光的频率特性激光器的光学谐振腔内可存在一系列具有分立谐振频率的本征模式，但其中频率位于工作物质增益带宽范围内，并满足阈值条件的本征模才会振荡形成激光。

通常把激光光波场的空间分布，分解为沿传播方向（腔轴方向）的分布E(z)和垂直于传播方向在横截面内的分布E(x,y)，即谐振腔模式可分为纵模和横模，用符号TEM标志不同模式的模式分布。

对激光束的模式进行频率分析，可以分辨出它的精细mn结构。

由无源腔理论可知：共轴稳定球面谐振腔TEM mn 模的频率为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=2111arccos )1(12R L R L n m q nL C v mnq π （2.1）式中m 、n 为横模阶次，q 为纵模阶次，L 为腔长，R 1R 2是腔面两反射镜的曲率半径，n是工作物质的折射率。

当m=n=0时为基横模，而m 或n ≠0时叫做高阶横模。

对于不同的横模（m 、n 不同）有不同的横向光强分布，所以观察光斑图案或测量光强分布也能分析横模结构。

但对于含有高阶横模的结构，则必须借助于频率分析才能分辨。

由(2.1)式可知，q 一定时，不同的横模对应有不同的振荡频率，其频率间隔为 ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆+∆=∆21'',1111arccos )(12R R n m nL C v n m mn π （2.2） 式中：m m m -=∆'，n n n -=∆'。