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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 Xw?DN*`L  
    d?zSwLsl  
        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$&*,应用广泛的激光器。与任何其它气体激光器相比,研究的也较为透彻,对其运转的了解也就比任何其它气体激光器更为深入。 f3K-X1`]'U  
    B=|R?t (*  
        氦氖激光器是中性原子气体激光器中的一个典型例子,也是特别重要的一种激光器。由于气态物质的光学均匀性一般较好,所以气体激光器比固体激光器和半导体激光器来说,输出的光学质量(如单色性,相干性,光束的发散角和稳定性等等)很好,这一点在许多应用中是很重要的。 )DgXsT  
    Ku(YTXtK  
        随着科学技术的发展,激光技术这一高科技在不断的扩展到国民经济中的各个领域,氦氖激光器以它独有的性能特点首当其冲,广泛的应用在工业、农业、国防、教育、卫生、计量等部门,被用来准直导向、自动控制、精密测量、计量基准、疾病治疗、教学实验,以及作为全息照相、光信息处理、激光光谱、文化娱乐的光源等。随着激光知识的不断普及,激光技术的广泛拓展,被更多的人以及非激光行业的科学工作者所认识,随之出现了与激光有关的交$&*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。 d GUP|O  
    G+zhL6]F  
        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。 19E(Hsz  
    (GJtTp~2C4  
    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。 }Fe6L;^;  
    j4~(6Imm  
    L'+bVP{L  
    s<I)THC  
    一、几何光学教学 %7#<K\])  
    GA^hev  
        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)。 tFmB`*!%  
    N!+=5!  
        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。 uNyU]@R<W  
    ;ku>_sG-  
        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。 Q((&Q?Vi  
    x~e._k=  
        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: Lq(=0U\"P  
    Z"`w>c.  
        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。 gIB3DuUo  
    ?;XO1cs  
        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。 |E8sw a  
    %2QGbnt_*  
        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。 m Q2i$ 0u  
    DQG%`-J  
    光学仪器的光路实验。如投影仪,显微镜,照相机等。 ]LvP)0=  
    6.@.k  
    =o#Z?Bn5  
    E7X6RB b  
    二、物理光学实验 cYSn   
    F2N"aQ&  
    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。 NI?O  
    MBWoPK  
    TU|#Pz7n-Z  
    S?688  
        ⒈光波的干涉实验 8eXe b|?J  
    lC5zqyG  
        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: Ip t;NlR  
    hek+zloB+  
        ⑴扬氏双缝干涉实验 zluq2r  
    9UM)"I&k  
        ⑵用罗意镜法实现光波干涉振幅分割的光束干涉实验 |` T7}U  
    9z(SOzZn  
        ⑶利用牛顿环测量透镜的曲率半径R a\P:jgF  
    " MnWd BS  
        ⑷利用光通过空气楔产生的干涉测量金属丝的直径 Rw+r1vW:A  
    9qap#A  
        ⑸用干涉法测量玻璃基板的平行度  2E*=EjGV  
    ex>7f%\  
        ⑹迈克尔逊干涉仪的组装 '\bokwsP  
    e{x>u(  
        ⑺用干涉法测量空气的折射率 oCT,v0+4O  
    a6 Vfd&  
    ⑻用法布里-珀罗标准具精确测定氦氖激光的波长 |4+'YgO  
    7Z>vQf B  
    >Na.C(DZ  
    8m0*89HEu  
        ⒉光波的衍射实验 Snkb^Kt  
    Uu7]`Ul  
        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: Xt$qjtVM  
    6ALjM-t=V  
        ⑴泊松-阿喇戈光斑的观察 @b(@`yz.a  
    u!X~!h-6~  
        ⑵圆孔屏的菲涅耳衍射和夫琅和费衍射条纹的观察 F_079~bJ  
    0>Y3xNb  
        ⑶单缝和单丝衍射条纹的观察 sc*R:"  
    =%` s-[5b  
        ⑷直边和矩孔的菲涅耳衍射条纹的观察 H9WYt#  
    l%+ &V^:  
    ⑸高斯光束的单缝衍射光强分布 SPqJ [ F  
    C@a I*+@-"  
    DN%}OcpZ  
    GvtK=A$b  
        ⒊光的偏振实验 tav@a)  
    3I 0pHP5  
        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: / =9Y(v  
    (Z<@dkO?)  
        ⑴用渥拉斯登棱镜模拟双折射现象 OV{v6,>O  
    RQ=rB9~:ZN  
        ⑵补偿器的定标 M"*NV(".g  
    GP+=b:C{E  
        ⑶1/4波片的定标 P4B|l:  
    gw)z*3]~s  
        ⑷用斯托克斯参数测量椭圆偏振光的参数 bIm4s  
    XoD:gf  
    ⑸偏振光的干涉 2#NnA3l]x%  
    {aA6b  
    C9+rrc@4  
    kb 74:  
    三、傅立叶光学实验 & &CrF~  
    o|>=< l  
        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。 0WzoI2Q  
    r.)n>  
        ⑴阿贝成象原理 MR|A_e^x  
    v RtERFL  
        ⑵高低通滤波实验 -W6@[5c  
    +76'(@(1Y  
        ⑶验证巴被俾米涅原理实验 Xc+YoA0Ez  
    Lea4-Gc  
    ⑷理想高斯光束的获得 : F3UJ[V  
    V=fu[#<@Ig  
    )'jGf;du  
    j&dCP@G  
    四、全息和光信息处理实验 ,X|FyO(p  
    Zz (qc5o,F  
        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: Zbl*U(KU?  
    R6X2d\l#  
        ⑴漫反射全息图的拍摄和再现 2FdwX ,O.  
    :*g$@T   
        ⑵全息光栅的制备 $'}|/D  
    wL3BgCxqDL  
        ⑶反射式全息照相(白光再现全息照相) K8KN<Q s]  
    [Cd#<Te3  
        ⑷彩虹全息图的拍摄 Xgh%2 ;:  
    p]X+#I<  
        ⑸时间平均干涉法测量叶片的振动频率 ~YNzSkz  
    $Vp&7OC]  
        ⑹二次曝光全息干涉方法测量钢尺的微小变形 sAO/yG  
    ,h%n5R$:  
        ⑺二次曝光全息干涉方法观测灯泡通电后的气流分布 g<~ODMCO?W  
    n9 bp0#K  
        ⑻用全息照相技术测量光学透明材料的不均匀性 ~Gc@#Msj  
    Gyy4)dP  
        ⑼用傅立叶变换全息进行资料储存 P5dD&  
    0n X5Vo  
        ⑽用傅立叶变换全息进行特征字符识别 e7iQG@i7  
    'M?pg$ta_V  
    ⑾用散斑照相方法测量漫射体的平移 /QlzWson  
    uFuH/(}K[  
    |VE.khq#  
    q}'<[Wg  
    五、激光原理教学实验 K\RMX?YsP  
    &9Z@P[f  
        激光是60年代初期出现的新型光源,可以说,激光的问世使古老的光学发生了一场革命。作为典型的氦氖激光器,较为充分的反映出了激光的基本特征,以及激光的基本性能参数。解剖和分析它,对深入的了解激光,进一步研究激光和扩展激光应用范围开拓了思路。主要实验有: kSJ;kz,_  
    8% ; .H-  
        ⑴氦氖激光高斯光束发散角的测量 oN83`Z  
    [N*S5^>1  
        ⑵氦氖激光器的模式分析 .1h\r, #  
    4ke.p<dG  
        ⑶氦氖激光器增益、损耗和饱和参量的测量 nR Hl Hu  
    6 P9#6mZ  
        ⑷用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特性 }f{5-iwD}  
    BD.l5 ~:  
    ⑸氦氖激光器的功率与放电参量的关系 pxbuZ9w2Q  
    vPZ0?r_5W  
    ^}gZ+!kA  
    -e51 /lhpd  
    六、激光技术实验 _M>S=3w  
    E^w0X,0XlE  
        随着氦氖激光器用途不断的扩展,有关的激光技术也不断的出现。例如氦氖激光器的稳频,选频,单频,锁模,稳功率等技术。这方面的实验有: gpbdK?  
    %0u5d$bq  
        ⑴激光稳频与测量技术 E-9>lb  
    O#^qd0e'P!  
        ⑵氦氖多谱线激光器  KI\ 9)  
    'L1yFv  
        ⑶腔内标准具腔内选模单频激光 't \sXN+1  
    0|\JbM  
        ⑷声光调制锁模激光器 sBxCi~  
    C3<_0eI  
        ⑸光学双稳实验 5}]gL  
    kmJ<AnK  
        ⑹单模光纤维尔德常数的测量 L'a s^Od  
    8M['-  
    七、非线性光学实验 ARJtE@s6Y  
    DfOig LG*  
        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。 #)T'a  
    93.L887  
        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。 -S@ ys  
    d)%l-jj9,  
        ⑴氦氖激光腔内倍频技术 M;z )c|Z  
    wxG*mOw  
        ⑵氦氖激光受激喇曼散射
     
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