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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2009-03-06
    关键词: 激光器
    引言 &> tmzlww  
    k_ 9gMO  
        第一台气体激光是1961年由贾范(Javan)、贝内特(Bennett)和赫里奥特(Herriott)报导的氦氖激光器。其输出波长为1.15μm,是不可见的红外氦氖激光器。经过40多的发展,氦氖激光器成为目前种类最多,容易制作,质量十分可$&*,应用广泛的激光器。与任何其它气体激光器相比,研究的也较为透彻,对其运转的了解也就比任何其它气体激光器更为深入。 .>%(bH8S  
    &x =}m  
        氦氖激光器是中性原子气体激光器中的一个典型例子,也是特别重要的一种激光器。由于气态物质的光学均匀性一般较好,所以气体激光器比固体激光器和半导体激光器来说,输出的光学质量(如单色性,相干性,光束的发散角和稳定性等等)很好,这一点在许多应用中是很重要的。 6}ct{Q  
    n dgG1v%  
        随着科学技术的发展,激光技术这一高科技在不断的扩展到国民经济中的各个领域,氦氖激光器以它独有的性能特点首当其冲,广泛的应用在工业、农业、国防、教育、卫生、计量等部门,被用来准直导向、自动控制、精密测量、计量基准、疾病治疗、教学实验,以及作为全息照相、光信息处理、激光光谱、文化娱乐的光源等。随着激光知识的不断普及,激光技术的广泛拓展,被更多的人以及非激光行业的科学工作者所认识,随之出现了与激光有关的交$&*科学,如激光化学、激光生物学、激光光谱学、激光医学等等,氦氖激光器在很多学科中占有不可忽视的地位。 :8cp]v dW  
    S 'S|k7Lp  
        在70年代初期,我国的氦氖激光器就走出了科研单位,进入社会的工厂企业。目前我国生产的氦氖激光器品种很多,常用氦氖激光器的主要性能指标已达到了国际水平,而在性能价格比上,占有极大的优势。由于它结构简单,非常直观的体现出组成激光器的三大部分,即工作物质、谐振腔和激励电源;它使用的材料一般,制作工艺也较为成熟,被广泛的应用到教学中。 Tp2`eY5  
    'te4mY}  
    在教学中使用氦氖激光器可分为两种情况:第一种是利用它单色性好,方向性好和亮度高的特点作为光源,开展几何光学,物理光学,以及近代光学的教学实验;第二种是作为激光器的典型范例,分析其特性,深入了激光器的原理、参数、性能,开展激光和激光技术的教学实验。 ~:~-AXaMT  
    AC;ja$A#  
    T$RVz   
    M >#kfSF+  
    一、几何光学教学 Lgw!S~0  
    H,bYzWsrPo  
        人们把光的能量看成是沿着一根根光线传播的,它们遵从直进、反射、折射定律,便是几何光学。几何光学实验的主要内容是分析光传播的路径,测定成象位置的大小,观察成象的清晰度以及经过光学系统所成图象上各点的明暗(光强或照度的大小)。  pbM~T(Y8  
    &sleV5V  
        用输出波长为632.8nm氦氖激光描述光线的传播,是很形象的。因为是红光,有一定的光强,发散角很小,将看不见的光线用激光线模拟成可见的光线,直观的看到光线传播。这种典型的教学仪器是激光实验箱,见图。 I]t ",s/j  
    $Zf hQ5bat  
        实验箱体的大小一般在30cm×45cm,它是用输出2mW的氦氖激光管作光源,用分束镜把光束分成三束,显示在箱体面上。分束镜可以旋转,能够操作成相互平行,发散和会聚的光束。图1显示的是三束平行光束。 99j^<)  
    .Az' THD}  
        该仪器还配有各种光学元件,如平面反射镜,多种的凸透镜、凹透镜,棱镜等,有时还配有简单的作物理光学实验的元件。可以进行的主要实验有: V +j58Wuf  
    #/a>dK  
        ⒈几何光学基本三定律的实验,即光的直线传播定律;光的反射定律;光的折射定律。了解光在均匀的介质里沿直线传播,反射线,入射线,反射角,入射角,折射角,全反射等。 :Lu=t3#  
    f-6-!  
        ⒉各种透镜的实验。了解凸透镜对光束的会聚,凹透镜对光束的发散,透镜的焦点、焦距、焦面和透镜组等实验。 [+<lm 5t  
    *Y8nea^$  
        ⒊棱镜的实验。如直角棱镜的全反现象,光线在三角棱镜主截面内的折射,棱镜的最小偏向角等实验。 {WfZE&B  
    >|Ps23J#  
    光学仪器的光路实验。如投影仪,显微镜,照相机等。 !8S $tk  
    Khp`KPxz%  
    <pJeiMo  
    {}!`v%z  
    二、物理光学实验 &qKJN#NM@  
    F)rU* i7  
    物理光学(波动光学)是研究光波动性(干涉、衍射、偏振)的科学。用氦氖激光作光源有很大的优越性,因为它相干性好,干涉衍射条纹清晰,再加上亮度高,可以在一般照明的实验室中作实验。 Q'xZ\t  
    S?TyC";!  
    =g)|g+[H  
    |t](4  
        ⒈光波的干涉实验 M_asf7|v  
    =w&JDj  
        一般光强的光波在线性媒质中,服从波的迭加原理。由于波的迭加而引起光强的重新分布,这种现象称之波的干涉。实验者要做好光波的干涉实验,首先掌握光波的分割法。双光束干涉实验和多光束干涉实验分为波面分割与振幅分割。实验有: :=9?XzCC  
    !;EG<ji,gj  
        ⑴扬氏双缝干涉实验 >Wvb!8N  
    Ch;C\H:X  
        ⑵用罗意镜法实现光波干涉振幅分割的光束干涉实验 v53qpqc  
    #'s}=i}y"C  
        ⑶利用牛顿环测量透镜的曲率半径R C 8 [W  
    >HMuh)  
        ⑷利用光通过空气楔产生的干涉测量金属丝的直径 *Xm$w  
    !##OQ  
        ⑸用干涉法测量玻璃基板的平行度 2eNA#^T=  
    _4H 9rPhf  
        ⑹迈克尔逊干涉仪的组装 6yZ!K  
    X@`kuWIUw  
        ⑺用干涉法测量空气的折射率 kaybi 0  
    ["]r=l  
    ⑻用法布里-珀罗标准具精确测定氦氖激光的波长 6XU1w  
    =P>c1T1-  
    \Nd8,hE  
    `x%( n@g  
        ⒉光波的衍射实验 ,|RS]I>X  
    ?8 dd^iX/  
        所谓波的衍射是当波遇到障碍物时偏离了直线传播的现象。不相干的普通光源,光的衍射现象是不明显的。而当我们采用了高亮度相干性好的激光,则可以很容易的将光的衍射现象演示出来。例如: Z :51Q  
    F/1B>2$`  
        ⑴泊松-阿喇戈光斑的观察 k4WUfL d  
    /*,hR>UG  
        ⑵圆孔屏的菲涅耳衍射和夫琅和费衍射条纹的观察 &,vPZ,7l  
    mWhQds6  
        ⑶单缝和单丝衍射条纹的观察 rmVF88/;  
    q0* e1QL  
        ⑷直边和矩孔的菲涅耳衍射条纹的观察 ~{- zj  
    H<6TN^  
    ⑸高斯光束的单缝衍射光强分布 .v<Q-P\8/  
    ~ti{na4W<  
    `` !BE"yN  
    !yxb=>A  
        ⒊光的偏振实验 dw6U}  
    lN@SfM4\  
        光的偏振实验证明光波是一种横波,反映了光具有电磁波的性质。通过研究光的偏振状态在介质中传播过程的变化,可以了解光波与物质相互作用的机理。在光波的偏振实验中,一般要研究光扰动的全部参数,振幅,频率,波长,相位(时间相位和空间相位)。主要实验如: ZcT%H*Ib]9  
    ?"23XKe  
        ⑴用渥拉斯登棱镜模拟双折射现象 <~wr;"S  
    j2\B(PA  
        ⑵补偿器的定标 9RzTC  
    %qN_<W&Ze  
        ⑶1/4波片的定标 3RSiu}  
    Yfro^}f  
        ⑷用斯托克斯参数测量椭圆偏振光的参数 CJ'pZ]\G  
    0M[O(.x  
    ⑸偏振光的干涉 iv3=J   
    s+9q`k^  
    W+F{!dW  
    f9R~RRz  
    三、傅立叶光学实验 x}acxu 2H7  
    AHg:`Wjv-  
        人们把数学,信息论和光学的衍射结合起来,发展一门新的科学――傅立叶光学。傅立叶变换与空间频谱是紧密相联系的,它的基本思想是用空间频谱的语言分析光信息,用改变频谱的手段处理相干成象系统中的光信息,用频谱改变的眼光评价不相干成象系统中象的质量。 }a=<Gl|I;w  
    m*'^*#  
        ⑴阿贝成象原理 bf#@YkE  
    heLWVI[so  
        ⑵高低通滤波实验 hT c VMc  
    .\/jy]Y  
        ⑶验证巴被俾米涅原理实验 6.uyY@Yx  
    P~"e=NL5  
    ⑷理想高斯光束的获得 .O h4b5  
    pi/Jto25z  
    -o\o{?t,  
    CJn{tP  
    四、全息和光信息处理实验 ape \zZCV  
    -> $]`h"  
        早在1948年就有人为提高电子显微镜的分辨本领而提出全息理论,并开始了全息照相的研究工作,但进展一直很慢。激光的出现为全息照相提供了理想的光源,使全息技术的研究进入了一个新阶段,成为科学技术的一个新领域。氦氖激光以它的模式好,相干性好,使用方便的特点,已成为全息以及光信息处理中被广泛使用的光源。有关实验有: {xW HKsI>,  
    ~Bw)rf,  
        ⑴漫反射全息图的拍摄和再现 ~ 9 F rlj  
    \w;d4r8x  
        ⑵全息光栅的制备 R&lJ& SgC  
    UaW,#P  
        ⑶反射式全息照相(白光再现全息照相) >v sy P  
     j<BW/  
        ⑷彩虹全息图的拍摄 )qyJw N .D  
    tWT ,U[  
        ⑸时间平均干涉法测量叶片的振动频率 G=1&:nW'  
    nTG@=C#  
        ⑹二次曝光全息干涉方法测量钢尺的微小变形 > T$M0&<  
    EISgc {s  
        ⑺二次曝光全息干涉方法观测灯泡通电后的气流分布 1=*QMEv1G  
    q?&Ap*  
        ⑻用全息照相技术测量光学透明材料的不均匀性 #pe#(xoI  
    bSG}I|  
        ⑼用傅立叶变换全息进行资料储存 +-s$Htx  
    .dbZ;`s  
        ⑽用傅立叶变换全息进行特征字符识别 D'F j"&LK  
    5o v F$qn  
    ⑾用散斑照相方法测量漫射体的平移 d*}dM "  
    5c 8tH=  
    Lo<-;;vQ  
    `f|Gw5R  
    五、激光原理教学实验 _S$ SL%;\  
    LBcnBo</v  
        激光是60年代初期出现的新型光源,可以说,激光的问世使古老的光学发生了一场革命。作为典型的氦氖激光器,较为充分的反映出了激光的基本特征,以及激光的基本性能参数。解剖和分析它,对深入的了解激光,进一步研究激光和扩展激光应用范围开拓了思路。主要实验有: [WfigqY`b*  
    9a$\l2  
        ⑴氦氖激光高斯光束发散角的测量 ?QJS6i'k  
    `FJ2 ?  
        ⑵氦氖激光器的模式分析 nfj8z@!  
    d ynq)lf  
        ⑶氦氖激光器增益、损耗和饱和参量的测量 ;?q>F3 n  
    4 ~s{zob  
        ⑷用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特性 .=kXO{>  
    ?3duW$`  
    ⑸氦氖激光器的功率与放电参量的关系 \f!j9O9S  
    \ #yKCA';  
    |H .  
    Y&![2o.Q  
    六、激光技术实验 c[E "  
    cZb5h 9  
        随着氦氖激光器用途不断的扩展,有关的激光技术也不断的出现。例如氦氖激光器的稳频,选频,单频,锁模,稳功率等技术。这方面的实验有: *wfb~&: }  
    dE_d.[!  
        ⑴激光稳频与测量技术 aSGZF w  
    :l;SG=scx  
        ⑵氦氖多谱线激光器 #;+ABV  
    X2[d15!9  
        ⑶腔内标准具腔内选模单频激光 s7789pR  
    $2kZM4  
        ⑷声光调制锁模激光器 (#)-IdXXO<  
    |/YwMBi  
        ⑸光学双稳实验 e`7dRnx&0  
    0etJ, _">  
        ⑹单模光纤维尔德常数的测量 ##\ <mFE  
    %v"qFYVX"  
    七、非线性光学实验 jYxmU8  
    "0V8i%a  
        非线性光学有关现象可分为三类:1.参量过程,包括倍频、和频、差频、高倍频(高次谐频)和光的参量振荡。2.各种散射现象和它的受激发射。3.多光子吸收、光子电离、光自陷(自聚焦)介质的光致损坏。 ^e~m`R2fHh  
    *"HA=-Z;  
        光在介质的传播过程,是光与介质相互作用的过程,这个过程有两个相关的分过程:一是光作用在介质上引起的介质的极化,产生宏观的极化强度,为介质的极化过程。另一是光的辐射过程。介质中的光场随时间的变化,所产生的变化极化强度将作为一个光辐射源辐射光波。从极化强度与光电场的关系得知,当入射光的频率为ω时,在介质内引起了2ω、3ω………高次谐波极化强度,从而产生了2ω、3ω………高次谐波的光。当光场较弱时,极化强度与光电场之间呈线性关系,只能引起与入射光相同频率的极化强度,产生相同频率的辐射光波。当光强较强时,能观察到非线性效应。激光的诞生给非线性光学带来了生机。 &{R]v/{p]  
    ([#4H3uO-  
        ⑴氦氖激光腔内倍频技术 g[%iVZ  
    v PJ=~*P=  
        ⑵氦氖激光受激喇曼散射
     
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