【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 處完全重合。 (b)旋轉(zhuǎn)分光鏡Ⅲ使得透射光斑和反射光斑在較遠(yuǎn)處重合(可在元件12和13之間放置一傅里葉透鏡, 通過調(diào)節(jié)12的俯仰微調(diào)使得透鏡后的兩聚焦點(diǎn)基本重合)。 通過手動(dòng)微調(diào)使干涉圖中的干涉條紋最少。2) 在馬赫曾德干涉光路的兩個(gè)內(nèi)臂放置兩個(gè)完全相同的目標(biāo)識(shí)別物體11, 調(diào)節(jié)它們的位置使得它們?cè)诔錾涔庵械南窕局睾? 且兩物體到分光鏡12的距離相等。3) 使干涉圖經(jīng)過一傅里葉變換透鏡進(jìn)行第一次傅里葉變換。(傅里葉變換透鏡13的負(fù)透鏡一方朝向分光片12, 透鏡到目標(biāo)圖像11的距離約為f。)。4) 用CCD14將聚焦像聯(lián)合變換功率譜采集下來傳輸?shù)诫娔X終端15,通過大恒圖像軟件對(duì)電尋址液晶空間調(diào)制器17進(jìn)行調(diào)制。3．在II光束中的調(diào)整1. 在空間光調(diào)制器17前后各放一個(gè)偏振片, 調(diào)節(jié)16使通過的光信號(hào)最大，再旋轉(zhuǎn)18使其偏振態(tài)與16正交。2. 在18后面放一傅里葉變換透鏡19, 且透鏡19到空間調(diào)制器17的距離約為f。3. 用CCD20采集相關(guān)輸出信息, 傳到顯示終端21上。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到如下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得到了完整的光譜圖，有光譜圖上不難判別出待識(shí)別目標(biāo)和參考物的相關(guān)程度。第 34 頁 共 33 頁激光原理與技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)第二部分 激光原理與技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五、HeNe激光器的調(diào)整與工藝測(cè)量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坷斫饧す庵C振原理，掌握激光諧振腔的調(diào)節(jié)方法。掌握激光傳播特性的主要參數(shù)的測(cè)量方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】氣體激光器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、功率計(jì)等。 【實(shí)驗(yàn)原理】1．氦氖激光器原理與結(jié)構(gòu) 氦氖激光器（簡(jiǎn)稱HeNe激光器）由光學(xué)諧振腔（輸出鏡與全反鏡）、工作物質(zhì)（密封在玻璃管里的氦氣、氖氣）、激勵(lì)系統(tǒng)（激光電源）構(gòu)成。對(duì)HeNe激光器而言增益介質(zhì)就是在毛細(xì)管內(nèi)按一定的氣壓充以適當(dāng)比例的氦、氖氣體，當(dāng)氦、氖混合氣體被電流激勵(lì)時(shí)，與某些譜線對(duì)應(yīng)的上下能級(jí)的粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，使介質(zhì)具有增益。介質(zhì)增益與毛細(xì)管長度、內(nèi)徑粗細(xì)、兩種氣體的比例、總氣壓以及放電電流等因素有關(guān)。對(duì)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?？傊坏膿p耗必須小于介質(zhì)的增益，才能建立激光振蕩。內(nèi)腔式HeNe激光器的腔鏡封裝在激光管兩端，而外腔式HeNe激光器的激光管、輸出鏡及全反鏡是安裝在調(diào)節(jié)支架上的。調(diào)節(jié)支架能調(diào)節(jié)輸出鏡與全反鏡之間平行度，使激光器工作時(shí)處于輸出鏡與全反鏡相互平行且與放電管垂直的狀態(tài)。在激光管的陰極、陽極上串接著鎮(zhèn)流電阻,防止激光管在放電時(shí)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。氦氖激光器激勵(lì)系統(tǒng)采用開關(guān)電路的直流電源，體積小，份量輕，可靠性高，可長時(shí)間運(yùn)行。 氣體激光器結(jié)構(gòu)【注意事項(xiàng)】，使電壓緩慢加載到壓電陶瓷上，信號(hào)輸出切勿短路，否則損壞電路，不得自行拆卸。2. 避免激光直射入人眼，以免對(duì)眼睛造成損傷?！緦?shí)驗(yàn)操作】當(dāng)輸出鏡與全反鏡平行度偏離到一定程度，激光器無功率輸出。這時(shí)可用十字叉調(diào)光將激光調(diào)出，其方法是：用白熾燈照十字叉絲板，在放電管處在工作狀態(tài)時(shí)，用眼睛在十字叉絲板背后通過小孔觀察放電管，當(dāng)眼睛適應(yīng)放電管亮度后，可看到放電管內(nèi)的亮白點(diǎn)，調(diào)準(zhǔn)觀察角度，使亮白點(diǎn)與出光孔同心，然后使十字叉絲板勿動(dòng)，調(diào)節(jié)諧振腔鏡架螺紋副使十字叉絲中心與亮白點(diǎn)出光孔同心即可出光。 光腔系統(tǒng)調(diào)整圖將功率指示器放置于半外腔激光器前出口，檢測(cè)輸出功率，進(jìn)一步調(diào)節(jié)后腔鏡兩維附仰，使輸出功率最大并記錄。然后改變腔長和腔鏡，監(jiān)測(cè)功率并記錄。 功率監(jiān)測(cè)mW腔長1腔長2腔長3曲率半徑1曲率半徑2曲率半徑32. 外腔HeNe激光器偏振態(tài)驗(yàn)證在外腔HeNe激光器的諧振腔內(nèi)由于放置了步儒斯特窗，限制了輸出光偏振態(tài)為垂直桌面的線偏振，因此，可在輸出前方放置一個(gè)偏振片，通過旋轉(zhuǎn)偏振片來分析外腔HeNe激光器激光的偏振方向。本實(shí)驗(yàn)所用半外腔HeNe激光器在輸出端設(shè)置有步儒斯特窗，因此為線偏振輸出。（1）調(diào)整半外腔HeNe激光器穩(wěn)定出光。（2）將偏振片垂直放入光路中，再放置激光功率指示計(jì)。（3）旋轉(zhuǎn)偏振片，觀察功率指示計(jì)的示數(shù)變化，記錄功率最大值Pmax和最小值Pmin求出偏振比（ρ=），驗(yàn)證激光輸出光的偏振態(tài)。3. HeNe激光器發(fā)散角測(cè)量關(guān)鍵是如何保證接收器能在垂直光束的傳播方向上掃描，這是測(cè)量光束橫截面尺寸和發(fā)散角的必要條件。由于遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角實(shí)際是以光斑尺寸為軌跡的兩條雙曲線的漸近線間的夾角，所以我們應(yīng)盡量延長光路以保證其精確度?？梢宰C明當(dāng)距離大于 ΠW02/時(shí)所測(cè)的全發(fā)散角與理論上的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角相比誤差僅在1%以內(nèi)。（1）確定和調(diào)整激光束的出射方向。（2）光源前方L1處垂直入射CCD靶面，通過軟件測(cè)量出相應(yīng)位置光斑直徑D1。（3）在后方L2處用同樣方法測(cè)出光斑直徑D2。由于發(fā)散角度較小，可做近似計(jì)算，=D2D1/L2L1,便可以算出全發(fā)散角2。實(shí)驗(yàn)六、HeNe激光器的模式分析【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私釬P掃描干涉儀的結(jié)構(gòu)和性能，掌握其使用方法。加深激光器物理概念的理解，掌握模式分析的基本方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】氣體激光器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、FP掃描干涉儀、示波器、功率計(jì)等。 【實(shí)驗(yàn)原理】1．激光器模的形成激光器的三個(gè)基本組成部分是增益介質(zhì)、諧振腔和激勵(lì)能源。如果用某種激勵(lì)方式,將介質(zhì)的某一對(duì)能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,由于自發(fā)輻射和受激輻射的作用,將有一定頻率的光波產(chǎn)生,在腔內(nèi)傳播,并被增益介質(zhì)逐漸增強(qiáng)、放大。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）。因能級(jí)有一定寬度，所以粒子在諧振腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)受多種因素的影響，實(shí)際激光器輸出的光譜寬度是自然增寬、碰撞增寬和多普勒增寬迭加而成。不同類型的激光器，工作條件不同，以上諸影響有主次之分。例如低氣壓、則以多普勒增寬為主，增寬線型基本呈高斯函數(shù)分布，寬度約為1500MHz，只有頻率落在展寬范圍內(nèi)的光在介質(zhì)中傳播時(shí)，光強(qiáng)將獲得不同程度的放大。但只有單程放大，還不足以產(chǎn)生激光，還需要有諧振腔對(duì)它進(jìn)行光學(xué)反饋，使光在多次往返傳播中形成穩(wěn)定持續(xù)的振蕩，才有激光輸出的可能。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 （）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(qiáng)，其它則相互抵消。式中，μ是折射率，對(duì)氣體μ≈1，L是腔長，q是正整數(shù)，每一個(gè)q對(duì)應(yīng)縱向一種穩(wěn)定的電磁場(chǎng)分布λq，叫一個(gè)縱模，q稱作縱模序數(shù)。q是一個(gè)很大的數(shù)，通常我們不需要知道它的數(shù)值。而關(guān)心的是有幾個(gè)不同的q值，即激光器有幾個(gè)不同的縱模。從式（），我們還可以看出，這也是駐波形成的條件，腔內(nèi)的縱模是以駐波形式存在的，q值反映的恰是駐波波腹的數(shù)目?？v模的頻率為 ()同樣，一般我們不去求它，而關(guān)心的是相鄰兩個(gè)縱模的頻率間隔 ()從式中看出，相鄰縱模頻率間隔和激光器的腔長成反比。即腔越長，Δν縱越小，滿足振蕩條件的縱模個(gè)數(shù)越多；相反腔越短，Δν縱越大，在同樣的增寬曲線范圍內(nèi)，縱模個(gè)數(shù)就越少，因而用縮短腔長的辦法是獲得單縱模運(yùn)行激光器的方法之一。以上我們得出縱模具有的特征是：相鄰縱模頻率間隔相等；對(duì)應(yīng)同一橫模的一組縱模，它們強(qiáng)度的頂點(diǎn)構(gòu)成了多普勒線型的輪廓線。諧振腔對(duì)光多次反饋，在縱向形成不同的場(chǎng)分布，那么對(duì)橫向是否也會(huì)產(chǎn)生影響呢？答案是肯定的。這是因?yàn)楣饷拷?jīng)過放電毛細(xì)管反饋一次，就相當(dāng)于一次衍射。多次反復(fù)衍射，就在橫向的同一波腹處形成一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定的干涉光斑。每一個(gè)衍射光斑對(duì)應(yīng)一種穩(wěn)定的橫向電磁場(chǎng)分布，稱為一個(gè)橫模。我們所看到的復(fù)雜的光斑則是這些基本光斑的迭加，下圖是幾種常見的基本橫模光斑圖樣。 激光橫模圖總之，任何一個(gè)模，既是縱模，又是橫模。它同時(shí)有兩個(gè)名稱，不過是對(duì)兩個(gè)不同方向的觀測(cè)結(jié)果分開稱呼而已。一個(gè)模由三個(gè)量子數(shù)來表示，通常寫作TEMmnq，q是縱模標(biāo)記，m和n是橫模標(biāo)記，m是沿x軸場(chǎng)強(qiáng)為零的節(jié)點(diǎn)數(shù)，n是沿y軸場(chǎng)強(qiáng)為零的節(jié)點(diǎn)數(shù)。前面已知，不同的縱模對(duì)應(yīng)不同的頻率。那么同一縱模序數(shù)內(nèi)的不同橫模又如何呢？同樣，