He— Ne激光器光束强度分布及其发散角的测量 - Z w

应实 验 的理解 ， 还 可 以 为后 续 的光拍 法 测 光 速 实
入
十
验做 好前期 准备 。
１ 声光衍 射的分类
声光效 应有 正 常声光 效应 和反 常声 光效应 之 分 。在各 向 同性介 质 中 ， 声 一光相 互 作 用不 会 导
致入 射光偏 振 状态 的变 化 ， 从 而 产 生 正 常声 光 效
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ～ ０ ５ — ２ ４
本 实验所 用 的实验 仪器 主要 有安装 在光 学导
轨上 的激 光 器 、 声 光频 移 器 、 光阑、 光强 测 量 系统 及相应 电源 或驱 动 源 等组 成 （ 实验 装 置 框 图如 图
声光衍 射下 Ｈｅ － Ｎｅ 激光光强分布实验探讨
图 １ 拉曼－ 奈 斯 衍射 示 葸 图
１ ． ２ 布 拉格 衍射
当入 射光 束斜 射 入 超声 介 质 ， 即 与声 波 传 播 方 向成一 夹角 ， 在 高 声频 和相 互 作 用 长度 较 大 的 情况 下 ， 入 射 光 既受 相位 扰 动 ， 又 受振 幅扰 动 ， 从
而使 高级 次衍 射光 相 互 抵 消 ， 只 出现 ０级 和 １级
Ｙ
亩
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＋
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０ 级
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３ 声 光 衍 射 下 Ｈｅ — Ｎｅ激 光 光 强 分 布 的特 点 及 实 验 意义
通过 以上 实 验 测 量及 对 实 验 数 据 的处 理 ， 可
、 《 多 ｒ
入 射 光 ３ ） 衍 射光 强主要 集 中在 ０级 和 １ 级。 通 过 以上 对 Ｈｅ － Ｎｅ激 光 在 超 声 介 质 内声 光

He-Ne激光器谐振腔调整走进He-Ne激光器气体激光器的优点：1. 工作物质均匀性好，输出激光光束质量好2. 谱线宽，从远红外到紫外3. 输出功率大，转换效率高（电光转换）4. 结构简单，成本低氦氖激光器的结构：工作物质：He-Ne气体（He为辅助气体），气压比为5：1－7：1谐振腔：一般用平凹腔，平面镜为输出镜，透过率约1％－2％，凹面镜为全反射镜泵浦系统：一般采用放电激励激光管结构：按谐振腔与放电管的放置方式分为内腔式﹑外腔式﹑半内腔式按阴极及贮气室的位置不同分为同轴式﹑旁轴式﹑单细管式He－Ne激光器的特点：典型谱线：632.8nm 1.15μm 3.39μm其他谱线：612nm 594nm 543nm优点：1. 光束质量好Θ＜1mrad2.单色质量好，带宽＜22Hz3.稳定性高功率稳定（＜2％）频率稳定（＜5×10-15）4.在可见光区He-Ne激光器的输出功率：He-Ne激光器属于以非均匀加宽为主但又不能忽略均匀加宽影响的综合加宽线型，按照综合加宽的情况计算其输出功率。

输出功率的稳定性：He-He激光器在工作过程中，输出功率会随时间做周期性的或随即的波动。

造成漂移的原因有：1 放电电流波动造成输出功率的波动；2谐振腔光轴与毛细管轴线相对位置发生变化引起功率波动；3纵模的变化引起输出功率的波动。

在只有少数几个纵模振荡的短腔激光器中，温度的变化或其他原因导致腔长发生了变化，谐振腔的纵模也要发生改变，将造成增益曲线的烧孔面积变化，从而引起输出功率的波动。

解决方法：1.外部控制的办法减小功率漂移；2.根据产生漂移的原因，在器件结构和工艺上采取改进措施；He-He激光器的频率特性：在适当的放电条件下，He-He激光器已经获得了100多条谱线。

其中最主要的是0.6328μm和3.39μm两条。

He-Ne的实验调整相对一般光源，激光具有单色性好的特点，也就是说，它具有非常窄的谱线宽度。

这样窄的谱线，不是受激辐射后自然形成的，而是受激辐射经过谐振腔等多种机制的作用和相互干涉后形成的。

1. 电子直接碰撞激发
气体放电中，具有快速运动的电子与处于激态的 CO2分子发生非弹性碰撞后， CO2分子直接被激发到 0001振动能级，用反应式表示为 CO2 (0000)+ e* CO2(0001)+e 式中 e* 表示快速运动电子，e表示慢速运动电子。
图(5-13) 与产生激光有关的CO2分子能级图
图(5-12) 封离式CO2激光器结构示意图
2. 纵向流动 CO2 激光器
气体从放电管一端流入，由另一端抽走，气体、电流均与 腔轴方向一致。气体流动的目的是及时排除CO2 分子与 电子碰撞时分解出来的CO气体，并补充新鲜气体。当气 体慢速流动时，每米放电长度上的输出功率与封离型相 似，但当快速流动时，功率会显著提高。当在放电管中 气体的流速达到300～600m/s时，输出功率可达600W/m 以上。因此，在500～5000W/m范围内这类激光器是工业 中应用最多的一种激光器。

图(5-10) 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图
He-Ne激光器是放电激励的具有连续输出特性的 原子气体激光器，He-Ne激光器在可见和红外波段 可产生多条激光器谱线，其中最强的是632.8nm、 1.15和3.39 三条谱线，632.8nm（红光）谱线应用最 多。 这种激光器的输出只有毫瓦级，1~2m的放电管 可到几十毫瓦，最大可达到1瓦。光束质量好，发 散角小（1~2 mrad），单色性好，加之有可见光输 出，适于在精密计量、检测、准直、导向、全息照 相、医疗及光学研究等方面应用。
图(5-13) 与产生激光有关的CO2分子能级图
激光器是分子气体激光器中使用最广泛 的 器 件 ， 它 输 出 功 率 大 （ 连 续 输 出 几 瓦 ~ 几千 瓦），能量转换效率高（可高达20%~25%），输 出波长（10.6 um）正好处于大气窗口。CO2 激光 器的形式多样，既可以连续运转，又可脉冲运转。 在材料加工、医疗科学研究及国防技术等方面有 广泛的应用。

测量激光器光束强度分布和发散角的新方法
冯璧华;龚国强;彭志平
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】1992(13)1
【摘要】我们采用光纤技术进行空序→时序变换的方法,能实时显示相对光强分布曲线。

如果激光器的谐振腔输出的光束是TEM_(00)模,采用该法在示波器上就能实时显示出高斯曲线的全貌,可以很方便的测出激光光束的半宽度和远场发散角。

该方法是定量研究激光器横模模式的新方法。

【总页数】4页(P12-14)
【关键词】光纤;激光器光束;发散角;测量
【作者】冯璧华;龚国强;彭志平
【作者单位】南京大学物理系
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
【相关文献】
1.光束发散角对杂散光分布范围的影响 [J], 沈志学;袁永华;张大勇;骆永全;周维军
2.用阈值强度法测量激光束发散角 [J], 朱连新
3.对固体激光器激光光斑中心和光束发散角检测方法探讨 [J], 马冠恩
4.高斯-谢尔模型列阵光束的远场发散角和远场辐射强度 [J], 季小玲;李晓庆
5.多棒串接固体激光器输出光束发散角的研究 [J], 余本海;牟光臣;胡雪惠
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