氦氖激光器的调试实验.doc

氦氖激光器调试实验一、实验目的 1、了解 He-Ne 激光器的工作原理和基本结构; 2、掌握外腔式 He-Ne 激光器的 F-P 腔调节技术; 3、分析放电电流对激光输出功率的影响。二、实验仪器外腔式 He-Ne 激光器、准直光源,光学导轨,激光功率计,光阑,腔镜。三、实验原理一、激光原理概述 1普通光源的发光——受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光(如电灯、火焰、太阳等的发光)是由于物质在受到外来能量(如光能、电能、热能等)作用时,原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级,即原子被激发。在没有外界作用时会自发地向低能级( E1 ) 跃迁,跃迁时将产生光(电磁波)辐射。辐射光子能量为 12EEh??? 2受激辐射和光的放大受激辐射的过程大致如下:原子开始处于高能级 E2 ,当一个外来光子所带的能量 hυ正好为某一对能级之差 E2-E1, 则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级 E2 向低能级 E1 跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点,就是原子可发出与诱发光子全同的光子,不仅频率(能量)相同,而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。于是,入射一个光子,就会出射两个完全相同的光子。这意味着原来光信号被放大,这种在受激过程中产生并被放大的光,就是激 E 2E 2E 1?h (a) 自发辐射 E 2E 2E 1?h (b) 受激吸收?h E 2E 2E 1?h ?h (c) 受激发射高能态原子低能态原子双能级原子中的三种跃迁电子碰撞激发波数 4 1 10 cm ?? 3390nm 1150nm 自发辐射管壁效应驰豫 3P (5 2 5 p p ) 1S (5 2 3 p s ) 2S (5 2 4 p s ) 共振转移共振转移 312S 102S 电子碰撞激发 Ne 10S He 101S 17 16 15 14 13 12 11?? 3S (5 2 5 p s ) 2P (5 2 3 p p ) 光。 3粒子数反转一个诱发光子不仅能引起受激辐射,而且它也能引起受激吸收,所以只有当处在高能级的原子数目比处在低能级的还多时,受激辐射跃迁才能超过受激吸收,而占优势。由此可见,为使光源发射激光,而不是发出普通光的关键是发光原子处在高能级的数目比低能级上的多,这种情况,称为粒子数反转。但在热平衡条件下,原子几乎都处于最低能级(基态) 。因此,如何从技术上实现粒子数反转则是产生激光的必要条件。 4激光器的结构激光器一般包括三个部分:激光工作介质;激励源; 谐振腔二 He-Ne 气体激光器工作原理: 气体激光器的种类很多, He-Ne 气体激光器是目前应用最广泛的气体激光器。由于它的发散角小、单***和方向性极好、稳定性高,故在准直、计量、全息、检测、导向、信息处理、医疗等技术中得到了广泛的应用。但 He-Ne 气体激光器的输出功率较小, He-Ne 气体激光器的输出功率只有 1 100mW ,最常用的 25cm 的激光管,放电电流为 5mA, 高压为 1500V ,输出功率为 ,效率仅为 %。制作 He-Ne 气体激光器时,为了在有限的腔长内,尽可能获得较大的功率输出,要选择最佳的放电条件。所谓最佳放电条件是指一定管径和管长的 He-Ne 气体激光器在适当的总气压、气