【正文】 （5） 在調(diào)制器上加上適當?shù)碾姽β?，通常激光功率會下降，再細調(diào)M1，M2鏡架上的螺絲，盡可能使激光功率增強，如果腔長合適，這時激光腔內(nèi)可能已形成了鎖模振蕩。圖11給出激光管窗片的光程和幾何程的關(guān)系。②是鍵合層，作用是把壓電層的機械振動耦合到聲光介質(zhì)中去形成超聲波。θB為布拉格角，布拉格衍射只有0級和177。折射率的變化可寫成 (18)其中， (19)μ為折射率變化的振幅。有的在激光腔內(nèi)放置調(diào)制元件，對光波進行調(diào)幅或調(diào)相。為了簡便，令（3）式的，并有En=E0，可得 (5)其光強為 (6)把（6）式與（4）式比較可知，但各縱模的相位同步以后，原來是連續(xù)輸出的光強變成了隨時間和空間變化的光強。 HeNe外腔激光器諧振腔調(diào)整分別調(diào)整腔內(nèi)的光闌開口大?。ü軓剑?，反射膜片距離（腔長），膜片俯仰傾斜程度，體會出光功率、光斑圖案（橫模式花樣）等激光參數(shù)的變化。 HeNe激光器模式分析 （1）分析HN250標準內(nèi)腔激光器的模式（標準模，定量計算）。因此精細常數(shù)的實際值應(yīng)由實驗來確定，根據(jù)精細常數(shù)的定義顯然，就是干涉儀所能分辨出的最小波長差，我們用儀器的半寬度代替，實驗中就是一個模的半值寬度。（1）自由光譜范圍圖六當一束激光以近光軸方向射入干涉儀后，在共焦腔中徑四次反射呈x形路徑，光程近似為4，見圖五所示，光在腔內(nèi)每走一個周期都會有部分光從鏡面透射出去。當我們對光斑進行觀察時，看到的應(yīng)是它全部橫模的迭加圖（即上圖中一個或幾個單一態(tài)圖形的組合）。圖三總之，任何一個模，既是縱模，又是橫模。q是一個很大的數(shù)，通常我們不需要知道它的數(shù)值。光柵分為刻劃光柵、復(fù)制光柵、全息光柵等。3） 了解全外腔HeNe激光器的偏振態(tài)。（7） 調(diào)整FP標準具的俯仰位置，同時觀察輸出縱膜。因此精細常數(shù)的實際值應(yīng)由實驗來確定，根據(jù)精細常數(shù)的定義顯然，就是干涉儀所能分辨出的最小波長差，我們用儀器的半寬度代替，實驗中就是一個模的半值寬度。（1）自由光譜范圍圖六 掃頻干涉儀內(nèi)部光路圖當一束激光以近光軸方向射入干涉儀后，在共焦腔中徑四次反射呈x形路徑，光程近似為4l，見圖五所示，光在腔內(nèi)每走一個周期都會有部分光從鏡面透射出去。如介質(zhì)的吸收損耗、散射損耗、鏡面透射損耗和放電毛細管的衍射損耗等。 HeNe激光器縱模激光器的三個基本組成部分是增益介質(zhì)、諧振腔和激勵能源。對于法珀腔的細度則要求不高，只要其透過率線寬小于長腔的縱模間距即可。通過腔內(nèi)選頻技術(shù)得到的單縱模HeNe激光器有著廣泛的應(yīng)用前景。再使N2面對準激光束，只能選擇調(diào)第三個平臺螺絲z使光束沿原路返回。圖中o表示棱鏡平臺轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)動角度可以從度盤上讀出，讀數(shù)精度為1′。(b)所示，上下左右調(diào)整光靶的位置，使小亮點處在毛細管截面的中心，這是光靶的小孔就處在毛細管的軸線上了。M1和M3構(gòu)成帶棱鏡的可調(diào)諧波長的諧振腔。28′+24′60186。棱鏡表面加工光潔度在頂角A附件要求達到I級。兩鏡片總的反射率r與投射率t及吸收散射損耗as的關(guān)系有 （3） 諧振腔反射鏡諧振腔反射鏡鍍有多層光學(xué)介質(zhì)膜。對HeNe激光器而言增益介質(zhì)就是在兩端封有布儒斯特窗的毛細管內(nèi)按一定的氣壓充以適當比例的氦氖氣體，當氦氖混合氣體被電流激勵時，與某些譜線對應(yīng)的上下能級的粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，使介質(zhì)具有增益。測量時各譜線的放電電流值不相同；表中相對增益系數(shù)是用用光譜相對強度研究氦氖放電管的增益特性的裝置測得的，各譜線的放電電流相同。后一種也可采用半棱鏡結(jié)構(gòu)，在半棱鏡的出射面上鍍有全反射介質(zhì)膜，取代諧振腔反射鏡。35′1186。41′9′55186。圖5 平行度偏差示意圖6 垂直度偏差示意圖6給出垂直度δ2的示意，鏡M1，M2的曲率中心分別為，分布在管軸的兩側(cè)，位移量為r′，新的光軸為連線，這時M1與M2是相互平行的，只是光軸與管軸有一交角，假設(shè)毛細管長等于腔長L，光軸允許的最大偏差在鏡片上用rm表示，由圖中幾何關(guān)系可知。激光出現(xiàn)后移去光靶，放上功率計，再仔細調(diào)節(jié)兩個反射鏡架上的A，B鈕，直到激光功率最強。用上述方法調(diào)節(jié)，直至平面鏡的反射光追蹤從布儒斯特窗上的反射光落于遠處某點的光斑（參考圖9，只把圖中的棱鏡改為平面鏡）。轉(zhuǎn)動棱鏡臺的微調(diào)螺絲，其它波長的激光就會相繼出現(xiàn)。這是以犧牲最佳配氣條件為代價的，其輸出功率將比最佳配氣條件下的小得多；另一種方法是縮短激光管的腔長，如縮到10cm時，由于縱模間隔將達到1500MHz，在Ne原子的增益線寬（多普勒線寬）范圍內(nèi)，將只有一個縱模形成振蕩，從而可獲得單縱模的激光輸出。由上可知，用法珀標準具法選模，是系統(tǒng)內(nèi)具有濾波器特性的選模法。q是一個很大的數(shù)，通常我們不需要知道它的數(shù)值。反射鏡鍍有高反射膜。徑推導(dǎo)，可得λd－λa＝ （13）由于λd與λa間相差很小，可共用λ近似表示.＝ （14）用頻率表示，即為.＝ （15）在模式分析實驗中，由于我們不希望出現(xiàn)（12）中的重序現(xiàn)象，故選用掃描干涉儀時，. Δv,才能保證在頻譜面上不重序，即腔長和模的波長或頻率間是一一對應(yīng)關(guān)系。（3） 調(diào)整標準具位置，使得激光同軸。這樣窄的譜線，并不是從能級受激輻射就自然形成了，而是受激輻射后又經(jīng)過諧振腔等多種機制的作用和相互干涉，最后形成的一個或多個離散的、穩(wěn)定的又很精細的譜線，這些譜線就是激光器的模，每個模對應(yīng)一種穩(wěn)定的電磁場分布，即具有一定的光頻率。實驗中,由于不可能在無窮遠處測量,故(3)式只是理論上的計算式,不能作為測量公式,當z≥7=7πω02/λ時, 2/2θ(∞) ≥99%,即當z值大于7倍時所測得的全發(fā)散角,可和理論上的遠場發(fā)散角相比,誤差僅在1%以內(nèi),那么z值帶來的實驗誤差已不是影響實驗結(jié)果的主要因素了,這就為我們提供了實驗上測遠場發(fā)散角所應(yīng)選取的z值范圍。被傳播的光波決不是單一頻率的（通常所謂某一波長的光，不過是光中心波長而已）。如圖一所示，圖中，增益線寬內(nèi)雖有五個縱模滿足諧振條件，但只有三個縱模的增益大于損耗，能有激光輸出。圖四激光器中能產(chǎn)生的橫模個數(shù)，除前述增益因素外，還與放電毛細管的粗細，內(nèi)部損耗等因素有關(guān)。反射鏡鍍有高反射膜。經(jīng)推導(dǎo)，可得＝ （13）由于與間相差很小，可共用近似表示Δ＝ （14）用頻率表示，即為Δ＝ （15）在模式分析實驗中，由于我們不希望出現(xiàn)（12）中的重序現(xiàn)象，故選用掃描干涉儀時，必須首先知道它的Δ和待分析的激光器頻率范圍Δ，并使Δ Δ,才能保證在頻譜面上不重序，即腔長和模的波長或頻率間是一一對應(yīng)關(guān)系。（5）由于發(fā)散角度較小，可做近似計算，= /,便可以算出全發(fā)散角2。與理論值比較，檢查辨認和測量的值是否正確。一、 鎖模激光器原理本實驗是在HeNe激光器的腔內(nèi)插入聲光損耗調(diào)制器來實現(xiàn)對633nm激光鎖模的。（3） 光脈沖的空間寬度為2L/N。當調(diào)制器損耗較大時通過的光波每次回到調(diào)制器時都收到較大的損耗，若損耗大于往返一次從介質(zhì)中得到的增益，這部分光波不能形成激光振蕩，所以激光形成了周期為2L/c的光脈沖序列。除零級衍射光頻率不變外，各級衍射光均發(fā)生了多普勒頻移，各級衍射光的頻率變化如圖3所以。（32）式建立了聲功率與聲致相移的關(guān)系。Las為HeNe放電管；M0為布儒斯特窗片；MM2是腔鏡，M1鏡裝在可前后移動的鏡座上，移動的精度可達10μm；M3是輔助腔鏡，M3必須用平面鏡；Md是聲光調(diào)制器；M4是分束鏡；D1是快速光電二極管，接250MHz示波器觀察鎖模脈沖序列；D2是激光功率計；FP是掃描干涉儀，接普通示波器觀察激光縱模頻率譜；Lˊ為鎖模激光腔的幾何長度。2級衍射光。圖12 633nm激光鎖模頻率譜E52。（3） 在調(diào)制器上逐步加上電功率，觀察拉曼—奈斯衍射現(xiàn)象，在正常情況下在光屏上能觀察到0級、177。拉曼—奈斯型0級衍射性能即可達到上述要求，而且入射光束與0級衍光束方向一致，給實驗調(diào)節(jié)帶來很大方便。聲波的平均能流或聲功率Pa可用下式表示 (31)圖6 駐波型拉曼—奈斯零級平均衍射效率與聲致相移的關(guān)系式中ρ為聲光介質(zhì)密度，V為聲速，hl為壓電換能器的面積。 當聲波在介質(zhì)中以行波方式傳播時，介質(zhì)中折射率變化如（18）式所示，各級衍射光波有以下形式： (21)為m級貝塞爾函數(shù)，是m級衍射光波的相對振幅，ξ如下式所示： (22) ξ為光波通過聲光作用區(qū)l獲得的最大附加相位差，稱為聲致相移。同樣，在增益線寬內(nèi)所有的縱模都會受到相鄰縱模產(chǎn)生的邊頻耦合，迫使所有的縱模都以相同的相位振動，因此實現(xiàn)了同步振蕩，達到了鎖模的目的。圖1 光脈沖序列時間分布 當固定時間（令t=0）觀察（6）式的空間變化關(guān)系有 (12) 為相對光強，（12）式有以下特點：（1） N個有相同頻率間隔及同步等幅振蕩的縱模，相干疊加后變成了隨空間距離周期變化的脈沖激光序列，光脈沖的空間周期為2L。（2） 掌握鎖模激光器結(jié)構(gòu)特點及調(diào)試方法。（5）根據(jù)自由光譜范圍的定義，確定它所對應(yīng)的頻率間隔（即哪兩條譜線間距為Δ），測出與Δ相對應(yīng)的標尺長度，計算出兩者比值，即每厘米代表的頻率間隔值。（3）由于光功率/位移曲線是高斯分布的，定義為光斑邊界，測量出位置的光斑直徑。所謂自由光譜范圍（.）就是指掃描干涉儀所能掃出的不重序的最大波長差或頻率差，用Δ或者Δ表示。共焦球面掃描干涉儀是一個無源諧振腔。腔長與曲率半徑的比值越大，分數(shù)值越大。如介質(zhì)的吸收損耗、散射損耗、鏡面透射損耗和放電毛細管的衍射損耗等。 HeNe激光器的模式分析激光器的三個基本組成部分是增益介質(zhì)、諧振腔和激勵能源。顯然，在z＝0處，2θ＝0，當z增大，2θ增加。如由球面鏡構(gòu)成諧振腔產(chǎn)生的激光束，既不是均勻的平面波，也不是均勻的球面波，在它的橫截面上，光強是以高斯函數(shù)分布的，故稱作高斯光束。 使用FP標準具進行腔內(nèi)選頻（1） 在之前調(diào)整好的激光器外加入FP標準具支架。所謂自由光譜范圍（.）就是指掃描干涉儀所能掃出的不重序的最大波長差或頻率差。共焦球面掃描干涉儀是一個無源諧振腔。而形成持續(xù)振蕩的條件是，光在諧振腔中往返一周的光程差應(yīng)是波長的整數(shù)倍，即2μL＝qλq （6）這正是光波相干極大條件，滿足此條件的光將獲得極大增強，其它則相互抵消。產(chǎn)生正反饋的頻率vp應(yīng)滿足： (2)其中P為正整數(shù)，LL2分別為M2到M4及M3到M4的距離。3. 基本原理 HeNe單縱模激光器的實現(xiàn)方法制作輸出為單縱模的氦氖激光器有許多方法，一種是增高充氣氣壓，使碰撞增寬大于多普勒增寬，以使增益線型將是均勻增寬線型。取下輔助腔鏡M2，如果前面的調(diào)整步驟均達到要求，這時激光就可以在M1和M3之間振蕩。若反射光不與入射光重合，說明棱鏡臺的轉(zhuǎn)軸不垂直于激光束。仍無效時可如下操作，來回微調(diào)A鈕使十字線沿毛細管軸心上下掃描，當兩鏡片接近時可觀察到軸心亮點變亮，把A鈕固定在使軸心最亮的位置上，用同樣的方法調(diào)B鈕。為了便于分析，把諧振腔的調(diào)整偏差分解為平行度偏差δ1和垂直度偏差δ2兩部分。37′5′55186。圖2 棱鏡光路表2 重火石玻璃棱鏡激光波長與入射角的關(guān)系（A＝61186。棱鏡調(diào)諧波長的方式基本上有兩種，一種是棱鏡的入射角不變，不同波長對應(yīng)不同出射角，調(diào)諧波長時，棱鏡保持不動，只改變諧振腔反射鏡的方位，使相應(yīng)波長的光束沿原路返回實現(xiàn)振蕩。小信號增益與閾值增益之差越大，腔內(nèi)的激光強度越強，對小信號增益很低的激光譜線是否能獲得激光振蕩，關(guān)鍵在于諧振腔的損耗能降低到什么程度。對諧振腔而言腔長要滿足頻率的駐波條件，諧振腔鏡的曲率半徑要滿足腔的穩(wěn)定條件。％的高質(zhì)量介質(zhì)膜，使低增益激光譜線實現(xiàn)振蕩成為可能。從圖中光線的幾何關(guān)系可知棱鏡頂角A應(yīng)滿足 （5）式中為棱鏡材料內(nèi)的布儒斯特角，n0為棱鏡所用波段中心波長的折射率。6′表3 熔石英棱鏡激光波長與入