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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 |VxO ,[~  
    nht?58  
        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。 J.^%VnrFO9  
    $:D-dUr1  
        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。 (Y>|P  
    $>=?'wr  
        随着科学技术的发展,激光技术这一高科技在不断的扩展到国民经济中的各个领域,氦氖激光器以它独有的性能特点首当其冲,广泛的应用在工业、农业、国防、教育、卫生、计量等部门,被用来准直导向、自动控制、精密测量、计量基准、疾病治疗、教学实验,以及作为全息照相、光信息处理、激光光谱、文化娱乐的光源等。随着激光知识的不断普及,激光技术的广泛拓展,被更多的人以及非激光行业的科学工作者所认识,随之出现了与激光有关的交$&*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。 >hsvRX\_ `  
    Gbrc!3K2  
        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。 . \:{6_  
    u#r[JF9LP  
    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。 I' TprT  
    .R5(k'g?  
    W_%@nm\y  
    K! I]0!:  
    一、几何光学教学 ,ctm;T1H+  
    5KIlU78  
        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)。 j8#xNA  
    ZtPnHs.x  
        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。 !bg2(2z  
    }{S f*  
        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。 Hu-Y[~9^L:  
    kK&M>)&o#  
        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: Y `ySNC  
    (dgBI}Za  
        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。 ~D1&CT#s  
    5%1a!M M M  
        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。 O\&-3#e  
    l`k""f69W  
        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。 bji^b@ us_  
    !Un &OAy.!  
    光学仪器的光路实验。如投影仪,显微镜,照相机等。 JNk6:j&Pf  
    [oS4W P  
    Iq["(!7E5  
    H{CiN  
    二、物理光学实验 wJ Qm7n-+  
    ]**h`9MF  
    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。 :Cdqj0O3u  
    PqVz ^(Wz  
    g;mX{p_@  
    %]1.)j  
        ⒈光波的干涉实验 0LD$"0v/C3  
    %(YU*Tf~  
        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: }{y(&Oy3Y  
    CD:$22*]  
        ⑴扬氏双缝干涉实验 YQ$EN>.eO  
    XSoHh-  
        ⑵用罗意镜法实现光波干涉振幅分割的光束干涉实验 -J' 0qN!  
    CEHtr90P  
        ⑶利用牛顿环测量透镜的曲率半径R QpI\\Zt6  
    U *K6FWqiB  
        ⑷利用光通过空气楔产生的干涉测量金属丝的直径 s=[T,:Z  
    }8&?  
        ⑸用干涉法测量玻璃基板的平行度 UEeq@ot/4  
    }|u>b!7_.  
        ⑹迈克尔逊干涉仪的组装 VV$4NV&`Q  
    +L U.QI'  
        ⑺用干涉法测量空气的折射率 Xt9vTCox  
    ;]\>jC  
    ⑻用法布里-珀罗标准具精确测定氦氖激光的波长 rJKac"{  
    pgipT#_K  
    tB{HH%cV  
    YU,fx<c  
        ⒉光波的衍射实验 + J` Qv,0  
    M7gb3gw6  
        所谓波的衍射是当波遇到障碍物时偏离了直线传播的现象。不相干的普通光源,光的衍射现象是不明显的。而当我们采用了高亮度相干性好的激光,则可以很容易的将光的衍射现象演示出来。例如: K'\Jnn  
    'dvi@Jx  
        ⑴泊松-阿喇戈光斑的观察 ?mn&b G  
    Bk2j|7  
        ⑵圆孔屏的菲涅耳衍射和夫琅和费衍射条纹的观察 )\RG NJMC  
    U~I y),5  
        ⑶单缝和单丝衍射条纹的观察 /mG-g%gE  
    dC(5I{I|  
        ⑷直边和矩孔的菲涅耳衍射条纹的观察 5hj _YqQ7  
    8.ej65r*   
    ⑸高斯光束的单缝衍射光强分布 des.TSZ  
    C'.^2s#e8  
    M.3ULt8  
    Dt:NBN  
        ⒊光的偏振实验 ^@HWw@GA  
    LMHii Os,  
        光的偏振实验证明光波是一种横波,反映了光具有电磁波的性质。通过研究光的偏振状态在介质中传播过程的变化,可以了解光波与物质相互作用的机理。在光波的偏振实验中,一般要研究光扰动的全部参数,振幅,频率,波长,相位(时间相位和空间相位)。主要实验如: vw w>]Z}  
    \N[2-;[3  
        ⑴用渥拉斯登棱镜模拟双折射现象 6lob&+  
    BT^HlW<  
        ⑵补偿器的定标 ":!1gC  
    u9u'!hAGH  
        ⑶1/4波片的定标 noZ!j>f{@l  
    e:+[}I)  
        ⑷用斯托克斯参数测量椭圆偏振光的参数 rH$M6S  
    *-X`^R  
    ⑸偏振光的干涉 Ejt?B')aB5  
    S{jm4LZ  
    'l $ViNq;  
    IC:>60A,]  
    三、傅立叶光学实验 ok1-`c P  
    K1CgM1v  
        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。 45Lzq6  
    BG_6$9y  
        ⑴阿贝成象原理 4w#:?Y _\[  
    )(+q~KA}  
        ⑵高低通滤波实验 Y?AvcY.  
    y<kg;-& 8  
        ⑶验证巴被俾米涅原理实验 hMyN$7Z  
    q}gM2Ia'vY  
    ⑷理想高斯光束的获得 `_e5pW=:>  
    Q9k;PJ`@  
    2(k m]H^  
    1vinO!  
    四、全息和光信息处理实验 {]]#q0|  
    XwIhD  
        早在1948年就有人为提高电子显微镜的分辨本领而提出全息理论,并开始了全息照相的研究工作,但进展一直很慢。激光的出现为全息照相提供了理想的光源,使全息技术的研究进入了一个新阶段,成为科学技术的一个新领域。氦氖激光以它的模式好,相干性好,使用方便的特点,已成为全息以及光信息处理中被广泛使用的光源。有关实验有: %?Q<  
    _'Rg7zHTp-  
        ⑴漫反射全息图的拍摄和再现 } 8[  
    wufQyT`  
        ⑵全息光栅的制备 + zf`_1+)U  
    /h 4rW>8D2  
        ⑶反射式全息照相(白光再现全息照相) yp]z@SYA@  
    Q})&c.L  
        ⑷彩虹全息图的拍摄 .UYhj8  
    e)$a;6  
        ⑸时间平均干涉法测量叶片的振动频率 %wco)2  
    N<XMSt  
        ⑹二次曝光全息干涉方法测量钢尺的微小变形 i,2eoM)FB  
    nh? JiH {  
        ⑺二次曝光全息干涉方法观测灯泡通电后的气流分布 gI00@p:m  
    q;.LK8M  
        ⑻用全息照相技术测量光学透明材料的不均匀性 Mtc  -  
    5[]Yxl  
        ⑼用傅立叶变换全息进行资料储存 ujf7r`;u.  
    S^iT &;,  
        ⑽用傅立叶变换全息进行特征字符识别 )JhB!P(  
    xy]oj  
    ⑾用散斑照相方法测量漫射体的平移 ko"xR%Q  
    U6#9W}CE  
    Ec&_&  
    :qj7i(  
    五、激光原理教学实验 5| Oj\L{  
    0xH&^Ia1B  
        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: vCUbbQz  
    y?Pw6;e.  
        ⑴氦氖激光高斯光束发散角的测量 W4(GI]`_+  
    ,z#S=I  
        ⑵氦氖激光器的模式分析 Cx&l0ZXHEX  
    /4;Sxx-  
        ⑶氦氖激光器增益、损耗和饱和参量的测量 !Y 9V1oVf"  
    Ymf@r?F<  
        ⑷用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特性 `A<2wd;  
    <{i1/"k?X  
    ⑸氦氖激光器的功率与放电参量的关系 H.[nr:  
    {s{+MbD  
    izu_1X  
    3R%yKa#  
    六、激光技术实验 na@Go@q  
    v8zOY#?  
        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: :3{n(~  
    yd[4l%G(zS  
        ⑴激光稳频与测量技术 lYmxd8  
    .)<l69ZD Z  
        ⑵氦氖多谱线激光器 3R)|DGql=1  
    Tj}%G  
        ⑶腔内标准具腔内选模单频激光 4'td6F  
    53>(2 _/[r  
        ⑷声光调制锁模激光器 YF>1 5{H  
    p0PK-e`@:  
        ⑸光学双稳实验 OI kjO}/7  
    5!aI~(3<  
        ⑹单模光纤维尔德常数的测量 5n1`$T.WG  
    = ?BhtW  
    七、非线性光学实验 AR{$P6u!%|  
    8#[2]1X^8  
        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。 o#WECs>  
    ]x(6^:D5  
        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。 z]D/Qr  
    yYrFk^  
        ⑴氦氖激光腔内倍频技术 6Hfv'X5E`Z  
    8_pyfb  
        ⑵氦氖激光受激喇曼散射
     
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