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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2009-03-06
    关键词: 激光器
    引言 sdYj'e:N  
    :)95 b fa.  
        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$&*,应用广泛的激光器。与任何其它气体激光器相比,研究的也较为透彻,对其运转的了解也就比任何其它气体激光器更为深入。 N+qLxk  
    t<F]%8S  
        氦氖激光器是中性原子气体激光器中的一个典型例子,也是特别重要的一种激光器。由于气态物质的光学均匀性一般较好,所以气体激光器比固体激光器和半导体激光器来说,输出的光学质量(如单色性,相干性,光束的发散角和稳定性等等)很好,这一点在许多应用中是很重要的。 )C]&ui~1  
    Ch"8cl;Fm  
        随着科学技术的发展,激光技术这一高科技在不断的扩展到国民经济中的各个领域,氦氖激光器以它独有的性能特点首当其冲,广泛的应用在工业、农业、国防、教育、卫生、计量等部门,被用来准直导向、自动控制、精密测量、计量基准、疾病治疗、教学实验,以及作为全息照相、光信息处理、激光光谱、文化娱乐的光源等。随着激光知识的不断普及,激光技术的广泛拓展,被更多的人以及非激光行业的科学工作者所认识,随之出现了与激光有关的交$&*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。 :xS&Y\ry  
    7CM03R[P  
        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。 E5G"QnxR>N  
    FJ8@b  
    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。 d`uO7jlm  
    L~y tAZ,  
    V9u\;5oL  
    /1~|jmi(  
    一、几何光学教学 (0#F]""\e  
    : 5<9/  
        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)。 wZ8 MhE  
    A]Tcj^#  
        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。 fGf-fh;s  
    'z}M[h K]  
        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。 4z%#ZIy3   
    Q&7)vs  
        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!77YFen %  
    F] ?@X  
        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。 aq+IC@O  
    yISQYvSN  
        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。 E? eWv)//  
    D`:d'ow~KQ  
        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。 3'*%R48P`  
    Ocwp]Mut&  
    光学仪器的光路实验。如投影仪,显微镜,照相机等。 7k=F6k0)  
    /CI%XocB  
    30 [#%_* o  
    7X{bB  
    二、物理光学实验 9/ 1+BQ  
    nt0\q'&  
    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。 k l!?/M  
    gZlw  
    R G0S  
    0GX10*t.  
        ⒈光波的干涉实验 ur<eew@8@i  
    4[#6<Ixf  
        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: =vr Y{5!>  
    o9Txo (tYU  
        ⑴扬氏双缝干涉实验 /pN'K5@  
    t'Eb#Nup3  
        ⑵用罗意镜法实现光波干涉振幅分割的光束干涉实验 w^])(  
    =^Sw*[eiy  
        ⑶利用牛顿环测量透镜的曲率半径R (#bp`Kih  
    }#OqU# q|  
        ⑷利用光通过空气楔产生的干涉测量金属丝的直径 'ZC}9=_g  
    b-BM"~N'  
        ⑸用干涉法测量玻璃基板的平行度 |ck ZyDA  
    ,9Z2cgXwJ  
        ⑹迈克尔逊干涉仪的组装 q11QAx4p  
    yS)- &t!;  
        ⑺用干涉法测量空气的折射率 slge+xq\J  
    -jxWlO  
    ⑻用法布里-珀罗标准具精确测定氦氖激光的波长 Du^x=;  
    p:JRQT"A  
    qcTmsMpj  
    *5y W  
        ⒉光波的衍射实验 g=xv+e  
    t{Hh&HX  
        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: XLZ j  
    Any Zi'  
        ⑴泊松-阿喇戈光斑的观察 Dd0Qp-:2  
    xvR?~  
        ⑵圆孔屏的菲涅耳衍射和夫琅和费衍射条纹的观察 &nqdl+|G*  
    mQJ4;BJw  
        ⑶单缝和单丝衍射条纹的观察 \D,M2vC~G  
    =a)iVXSB]  
        ⑷直边和矩孔的菲涅耳衍射条纹的观察 _Z+jQFKJ\8  
    ADYx.8M|9i  
    ⑸高斯光束的单缝衍射光强分布 @PQrmn6w  
    |66m` <  
    #\pP2  
    d7"U WY^  
        ⒊光的偏振实验 &Y,Q>bu  
    :[Qp2Gg O\  
        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: bZ>&QM  
    D =r-  
        ⑴用渥拉斯登棱镜模拟双折射现象 F!7f_m0=  
    Opv1B2  
        ⑵补偿器的定标 CAUijMI@  
    7qP4B9S  
        ⑶1/4波片的定标 (2z%U  
    atY *8I|  
        ⑷用斯托克斯参数测量椭圆偏振光的参数 /Hv* K&}M  
    J3;Tm~KJ_  
    ⑸偏振光的干涉 g1ZV&X=2  
    ^|wT_k\  
    f}[H `OF  
    @Ex;9F,Q  
    三、傅立叶光学实验 NW{y% Z  
    Z)mX,=p  
        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。 P*pbwV#|  
    m@ i2#  
        ⑴阿贝成象原理 0VzXDb>`  
    2m_'z  
        ⑵高低通滤波实验 :T_'n,  
    Bul.RCP'  
        ⑶验证巴被俾米涅原理实验  ispkj'  
    'pan9PW  
    ⑷理想高斯光束的获得 BwC<rOU  
    su&t7rJ  
    )ZH c$+fU  
    um;:fT+  
    四、全息和光信息处理实验 "H>.':c"+3  
    {3hqp*xl  
        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: qAqoZMpI|;  
    nO~b=qO  
        ⑴漫反射全息图的拍摄和再现 -b cG[W3  
    h$70H^r  
        ⑵全息光栅的制备 75ZH  
    9#uIC7M  
        ⑶反射式全息照相(白光再现全息照相) =HVfJ"vK  
    2B-.}OJ  
        ⑷彩虹全息图的拍摄 *B1x`=  
    -'6<   
        ⑸时间平均干涉法测量叶片的振动频率 7Rnm%8?T  
    ^IBGYl5n  
        ⑹二次曝光全息干涉方法测量钢尺的微小变形 OB~C}'^$  
    aqF+zPKs6  
        ⑺二次曝光全息干涉方法观测灯泡通电后的气流分布 SSE3tcRRl  
    u?F (1iN =  
        ⑻用全息照相技术测量光学透明材料的不均匀性 ^|#>zCt^  
    .(|+oHg<  
        ⑼用傅立叶变换全息进行资料储存 +0J@y1  
    ,yICNtP  
        ⑽用傅立叶变换全息进行特征字符识别 :G-1YA  
    D9.`hs0  
    ⑾用散斑照相方法测量漫射体的平移 v dU%R\  
    |zq4*  5  
    0#QKVZq2>  
    #$FrFU;ZR  
    五、激光原理教学实验 <FUon  
    87i"   
        激光是60年代初期出现的新型光源,可以说,激光的问世使古老的光学发生了一场革命。作为典型的氦氖激光器,较为充分的反映出了激光的基本特征,以及激光的基本性能参数。解剖和分析它,对深入的了解激光,进一步研究激光和扩展激光应用范围开拓了思路。主要实验有: ic E|.[  
    Yt+h2ft!  
        ⑴氦氖激光高斯光束发散角的测量 +3;Ody"59  
    EUy(T1Cl&&  
        ⑵氦氖激光器的模式分析 d ",(a Z  
    >GXXjAIu/  
        ⑶氦氖激光器增益、损耗和饱和参量的测量 l&L,7BX  
    w9f _b3  
        ⑷用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特性 O2.' -  
    3pSj kS|?>  
    ⑸氦氖激光器的功率与放电参量的关系 ]]TqP{H  
    *YtB )6j  
    ;L~p|sF  
    l$a?A[M$  
    六、激光技术实验 D9BQID$R  
    zBY~lNB  
        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: 6YmP[%  
    )JhT1j Qc  
        ⑴激光稳频与测量技术 4(=kE>n}  
    S/4r\6  
        ⑵氦氖多谱线激光器 o5swH6Y.)J  
    X*F_<0RC1  
        ⑶腔内标准具腔内选模单频激光 S8" f]5s  
    ~~nqU pK?v  
        ⑷声光调制锁模激光器 nBz`q+V  
    eY,O@'"8`  
        ⑸光学双稳实验 #y 1Bx,  
    B+] D5K  
        ⑹单模光纤维尔德常数的测量 pJBg?D  
    ,%[4j9#!_  
    七、非线性光学实验 e[1>(l}Ss  
    7 [d ?  
        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。 *fnvZw?  
    rrqQCn9  
        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。 B=n[)"5fBO  
    <*(^{a. O  
        ⑴氦氖激光腔内倍频技术 q .J sf+  
    P4k;O?y  
        ⑵氦氖激光受激喇曼散射
     
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