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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 *[.+|v;A  
    R 7xV{o  
        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。 S;Lqx5Cd  
    1&i!92:E  
        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。 $B2* x$  
    #Ru+|KL  
        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。 ]\+bx=  
    Q'7o_[o/  
        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。 mu=u!by.E  
    nC_<pq^tr  
    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。 P7 (&*=V  
    KynQ <I/  
    :1hp_XfJb  
    v\n!Li H  
    一、几何光学教学 yJ/m21f  
    QI0ARdS  
        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)。 u17Da9@;  
    <*8nv.PX*  
        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。 OAOG&6xu8  
    P]yER9'  
        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。 uQ5NN*C=  
    L)y}  
        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: qWw@6VvoQ  
    '+f!(teLz  
        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。 {|%5}\%  
    >^+Q`"SN  
        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。 \^|ncu:T  
    lY?TF  
        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。 ;yBq'_e3  
    *q|.H9 K(  
    光学仪器的光路实验。如投影仪,显微镜,照相机等。 8ENAif   
    TcauCL  
    I"Ju3o?u  
    $daI++v`  
    二、物理光学实验 !xj>~7  
    sFC1PdSk4T  
    物理光学(波动光学)是研究光波动性(干涉、衍射、偏振)的科学。用氦氖激光作光源有很大的优越性,因为它相干性好,干涉衍射条纹清晰,再加上亮度高,可以在一般照明的实验室中作实验。 0}Kl47}aD  
    MCz +l0  
    va~:oA  
    ,(OA5%A9zK  
        ⒈光波的干涉实验 YRW<n9=3  
    Wj8\~B=('  
        一般光强的光波在线性媒质中,服从波的迭加原理。由于波的迭加而引起光强的重新分布,这种现象称之波的干涉。实验者要做好光波的干涉实验,首先掌握光波的分割法。双光束干涉实验和多光束干涉实验分为波面分割与振幅分割。实验有: 3|P P+<o  
    f>#\'+l'  
        ⑴扬氏双缝干涉实验 4y>G6TD^  
    3j]La  
        ⑵用罗意镜法实现光波干涉振幅分割的光束干涉实验 >Q[]i4*A  
    hL67g  
        ⑶利用牛顿环测量透镜的曲率半径R 7:jSP$  
    *v8Cj(69  
        ⑷利用光通过空气楔产生的干涉测量金属丝的直径 -S)HB$8  
    'G@Npp)&^  
        ⑸用干涉法测量玻璃基板的平行度 B 8C3LP}?  
    6&.[ :IHw  
        ⑹迈克尔逊干涉仪的组装 } ..}]J;To  
    JeWW~y`e?{  
        ⑺用干涉法测量空气的折射率 <ywxz1i  
    /5U?4l(6[f  
    ⑻用法布里-珀罗标准具精确测定氦氖激光的波长 8eWb{n uJ>  
    9 r+' o#  
    zT!JHG  
    J@!Sf7k42  
        ⒉光波的衍射实验 rf1-E57#  
    >]ZojdOl)  
        所谓波的衍射是当波遇到障碍物时偏离了直线传播的现象。不相干的普通光源,光的衍射现象是不明显的。而当我们采用了高亮度相干性好的激光,则可以很容易的将光的衍射现象演示出来。例如: J5@_OIc1y  
    B:^5W{  
        ⑴泊松-阿喇戈光斑的观察 N<$ uAns  
    gbXzD`WQ  
        ⑵圆孔屏的菲涅耳衍射和夫琅和费衍射条纹的观察 OwSr`2'9  
    bL swq  
        ⑶单缝和单丝衍射条纹的观察 @@SG0YxZ  
    {P1W{|  
        ⑷直边和矩孔的菲涅耳衍射条纹的观察 ${6 ;]ye  
    `=q)-y_C  
    ⑸高斯光束的单缝衍射光强分布 pg4M$;ED  
    u'Mq^8  
    `A&64D  
    ~|l>bf  
        ⒊光的偏振实验 Q? W]g%:)  
    %8S!l;\H5  
        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: owmA]f  
    .$99/2[90  
        ⑴用渥拉斯登棱镜模拟双折射现象 ZiVTc/b  
    (Q#A Br8  
        ⑵补偿器的定标 >qcir~ &  
    eR8h4M~O  
        ⑶1/4波片的定标 )7c^@I;7  
    ?w3f;v  
        ⑷用斯托克斯参数测量椭圆偏振光的参数 t?YGGu^  
    /oe="/y6  
    ⑸偏振光的干涉 CO4*"~']t  
    el+euOV  
    2&Wc4,O!i  
    a&PoUwG  
    三、傅立叶光学实验 l ^\5Jr03  
    LLaoND6  
        人们把数学,信息论和光学的衍射结合起来,发展一门新的科学――傅立叶光学。傅立叶变换与空间频谱是紧密相联系的,它的基本思想是用空间频谱的语言分析光信息,用改变频谱的手段处理相干成象系统中的光信息,用频谱改变的眼光评价不相干成象系统中象的质量。 -kQ{~"> w  
    lEQn2+  
        ⑴阿贝成象原理 lyv9eM  
    F?5kl/("  
        ⑵高低通滤波实验 Q0ev*MS9Z  
    %<I0-o  
        ⑶验证巴被俾米涅原理实验 y5+-_x,  
    `|v0@-'$  
    ⑷理想高斯光束的获得 SGjaH 8z  
    ke)3*.Y%C  
    "6Ly?'H K  
    D@O '8  
    四、全息和光信息处理实验 F}i rCi47c  
    4.CLTy3W  
        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: 3lA<{m;V  
    kTs)u\r.  
        ⑴漫反射全息图的拍摄和再现 YR~g&E#U^  
    8oN4!#:  
        ⑵全息光栅的制备 F N(&3Ull  
    UI>-5,X  
        ⑶反射式全息照相(白光再现全息照相) `^ F'af  
    /Hx%gKU  
        ⑷彩虹全息图的拍摄 nSgg'I(  
    Tje =vI  
        ⑸时间平均干涉法测量叶片的振动频率 M(?|$$   
    >N+e c_D^  
        ⑹二次曝光全息干涉方法测量钢尺的微小变形 'fawpU|h  
    _RY<-B   
        ⑺二次曝光全息干涉方法观测灯泡通电后的气流分布 _qJ[~'m<^C  
    X3X~`~bAD  
        ⑻用全息照相技术测量光学透明材料的不均匀性 8=)A ksu  
    ,| xG2G6  
        ⑼用傅立叶变换全息进行资料储存 8m-jU 5u  
    ^x:4%%Q]l  
        ⑽用傅立叶变换全息进行特征字符识别 P,D >gxl  
    6t/})Xv  
    ⑾用散斑照相方法测量漫射体的平移 |WubIj*\{  
    e`#Gq0}8  
    |w /txn8G|  
    /KlA7MH6  
    五、激光原理教学实验 <Hm:#<\  
    = eTI@pN`  
        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: x1mxM#ql  
    .yg"!X  
        ⑴氦氖激光高斯光束发散角的测量 JL;H:`x  
    D95$  
        ⑵氦氖激光器的模式分析 R!}B^DVt  
    l_^>spF  
        ⑶氦氖激光器增益、损耗和饱和参量的测量 nb0<.ICF%R  
    kDO6:sjR7  
        ⑷用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特性 }[ux4cd8Y  
    6TPcG dZ  
    ⑸氦氖激光器的功率与放电参量的关系 &WvJg#f  
    '>'h7F=tY  
    UkXc7D^jwm  
    y%E R51+  
    六、激光技术实验 t6-c{ZX>A  
    hO{@!H$l  
        随着氦氖激光器用途不断的扩展,有关的激光技术也不断的出现。例如氦氖激光器的稳频,选频,单频,锁模,稳功率等技术。这方面的实验有: z-$?.?d  
    pMa 3R3a  
        ⑴激光稳频与测量技术 gY*Cl1 Iz  
    Ldir'FW  
        ⑵氦氖多谱线激光器 e/@udau  
    HzH_5kVW  
        ⑶腔内标准具腔内选模单频激光 [ .dNX  
    >SfC '*1  
        ⑷声光调制锁模激光器 2Ni{wg"  
    rYm<U!k  
        ⑸光学双稳实验 ,EwJg69  
    ;J?^M!l2=  
        ⑹单模光纤维尔德常数的测量 l*%voKZG  
    \4zvknk<  
    七、非线性光学实验 =7Tbu'O;  
    q. BqOa:  
        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。 8Bhot,u'T  
    =Ee f  
        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。 du'$JtZo  
    @J" }~Y  
        ⑴氦氖激光腔内倍频技术 / HaS.  
    1{";u"q  
        ⑵氦氖激光受激喇曼散射
     
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