外腔He-Ne激光器的调试及参数测量

半外腔He-Ne 激光器的调试及参数测量

1. 引言

虽然在1917年爱因斯坦就预言了受激辐射的存在，但在一般热平衡情况下，物质的受激辐射总是被受激吸收所掩盖，未能在实验中观察到。直到1960年，第一台红宝石激光器才面世，它标志了激光技术的诞生

按工作物质的类型不同，激光器可以分成四大类：固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。He-Ne 激光器是继红宝石激光器后出现的第二种激光器，也是目前使用最为广泛的激光器之一。因此有必要通过实验对He-Ne 激光器作全面的了解。

2. 实验目的

1） 了解He-Ne 激光器的构造。

2） 观察并测量He-Ne 激光器的功率、发散角、横模式等性能参数。

3） 调整谐振腔一端的反射镜，观察谐振腔改变后He-Ne 激光器性能参数的变化。

3. 基本原理

3.1 He-Ne 激光器结构

He-Ne 激光器由光学谐振腔（输出镜与全反镜）、工作物质（密封在玻璃管里的氦气、氖气）、激励系统（激光电源）构成，如下图

He-Ne 激光器激励系统采用开关电路的直流电源，体积小，重量轻，可靠性高，并装有散热风机，可长时间运行。

激光管的布氏窗与输出镜、全反镜之间用模具成型的耐老化的硅胶套封接。避免了因灰尘、潮气污染布氏窗、输出镜、全反镜而造成的激光输出功率下降。输出镜、全反射调节采用差动螺丝，粗调调节范围大，可锁定。细调调节范围小，调节时不易出差错。在激光管的阴极、阳极上串接着镇流电阻,防止激光管在放电时出现闪烁现象。激光器外壳接地，手碰激光器外壳无静电感应的刺痛感。

放电毛细管内充的氦氖混合气体的压强比约为7:1，总压强在100Pa 至400Pa 。放电管两端贴有用水晶片制成的布儒斯特窗。窗口平面的法线与放电管轴向间的夹角也恰好等于水晶的布儒斯特角，约56°。安装布儒斯特窗口可以使激光器输出的激光为在纸面内振动的偏振光，沿该方向振动的偏振光通过布儒斯特窗时不会反射，因此有利于减少损耗，提高输出功率。

3.2 He-Ne 激光器谐振腔与激光横模

光学谐振腔的两个反射镜构成腔的边界，他对腔内的激光场产生约束作用，使激光场的分布以及振荡频率都只能存在一系列分离的本征状态，每一个本征态称为一种激光模式。激光模式有两类：一类称为纵模，它是指可能存在于腔内得每一种驻波场，用模序数q 描述沿腔轴线的激光场的节点数。另一类是横模，指可能存在于腔内的每一种横向场分布，用模序数m 和n 描述。如果谐振腔由两面方形孔径的反射镜组成，则m 和n 分别表示沿镜面直角坐标系的水平和竖直坐标轴的激光场节线数。如果谐振腔由两面圆形孔径反射镜组成，则m 和n 分别表示沿镜面极坐标系的角向和径向的激光场节线数。因此每一个激光模式可以用三个独立的模序数表示，记成n m q TEM ,,。单独表示横模时可记成n m TEM ,。如00TEM 表示基

横模。横模的产生，是由于光在谐振腔中的来回反射也伴随着光波的来回衍射，而在光束的横断面上出现的不同的场分布----衍射花样，每种分布形式（花样）即叫做一种横模。一般横向模式用眼睛不易看清，可用透镜将激光扩束放大，下图是几种扩束放大了的激光横向模式。

多模输出激光器可通过调节输出镜与反射镜的平行度及放电管的直度可改变其横模（既改变放电管激光振荡的有效截面积）。

4.实验内容一（调整与定性观察部分）

4.1 学习He-Ne激光器结构组成

打开He-Ne激光器外盖，对照激光器原理图，观察并熟悉He-Ne激光器各部分组成。

4.2 用十字叉法将He-Ne激光器调出光

当输出镜与全反镜平行度偏离到一定程度，激光器无功率输出，这时可用十字叉调光将激光调出，其方法是：

在一块不透光的白硬纸板上画一个正交的十字叉，在交点上用大头针刺一个边缘光滑的小孔。松开谐振腔粗调锁紧螺丝，按照下图，用电灯照明白硬纸板上的十字叉，在放电管处在工作状态时，用眼睛在硬纸板背后通过小孔观察放电管，当眼睛适应放电管亮度后，可看到放电管内的出光孔（大亮白点），微小幅度调整白硬纸板的上下、左右的位置，可看到放电管内的小亮白点随纸板向相反方向运动，使小亮白点与出光孔(大白点)同心，然后固定住白硬纸板，调节谐振腔螺丝使十字叉与亮白点同心即可出光（如果不行，让叉丝在整个出光孔漫游，以找到实际出光位置）。

4.3 He-Ne激光器横模调整

把透镜置于He-Ne激光器出光口前，让光束穿过透镜，从而使光束扩大，并在远处用屏观察放大的光斑（光斑尽量丰满规则），判断一下横模式的种类。仍然调整谐振腔后端的反射镜螺钉（注意不要调节量过大，致使无光），再观察，判断横模式的变化情况。

4.4外腔He-Ne激光器偏振态验证

在外腔He-Ne激光器的谐振腔内由于放置了步儒斯特窗，限制了输出光偏振态为垂直桌面的线偏振，因此，可在输出前方放置一个偏振片，通过旋转偏振片来分析外腔He-Ne激光器激光的偏振方向。

4.5 He-Ne激光器最佳工作电流的选择(不做)

由于He-Ne激光器的P-I曲线是峰值形式变化的，一根确定的管子可以通过调节工作电流来测定激光器的峰值输出功率，此时的电流读数便是He-Ne激光器的最佳工作电流。

5．实验内容二（定量测量部分）

5.1高斯光束的发散角测量原理（不做）

激光器的光强分布为高斯函数型分布，故称为高斯光束。我们用全发散角2θ表征它的发散程度，定义

2θ≡2/142422)(2)(200

-+=λωππωλωz z dz z d (1) 现在分析2θ在整个光路中的变化情况。显然，在z ＝0处，2θ＝0，当z 增大，2θ增加。在z ＝0→z ＝z r 这段范围内，全发散角变化较慢，我们称z r 为准直距离，

λπω2

≡r

z (2) 在z>z r ,全发散角变化加快,当z →∞, 2θ变为常数,我们将此处的全发散角称为远场发散角,有

22πωλθ= (3) 不难看出,远场发散角实际是以光斑尺寸为轨迹的两条双曲线的渐近线间的夹角。

实验中,由于不可能在无穷远处测量,故(3)式只是理论上的计算式,不能作为测量公式,

而需用近似测量来代替.可以证明,当z ≥7z r =7πω02/λ时, 2θz /2θ(∞) ≥99%,即当z 值

大于7倍z r 时所测得的全发散角,可和理论上的远场发散角相比,误差仅在1%以内,那么z 值带来的实验误差已不是影响实验结果的主要因素了,这就为我们提供了实验上测远场发散角所应选取的z 值范围。

可采用以下两种近似计算:

一种方法是,选取z>z r 的两个不同值z 1,z 2,根据光斑尺寸定义,从I ～ρ曲线中分别求出ω(z 1),ω(z 2)根据公式

122

1)()(22z z z z --?=ωωθ （4）

另一种方法是,由于z 足够大时,全发散角为定值,好像是从源点发出的一条直线,所以实验上还可用一个z 值(z ≥7z r )及与其对应的ω(z),通过公式

2θ=2ω(z)/z （5）

来计算,选择哪一个近似公式更好,要根据具体情况和误差分析而定。

5.2 He-Ne 激光器发散角测量步骤（不做）

关键是如何保证接收器能在垂直光束的传播方向上扫描，这是测量光斑尺寸和发散角的必要条件。

由于远场发散角实际是以光斑尺寸为轨迹的两条双曲线的渐近线间的夹角，所以我们

应延长光路以保证其精确度，此时需要在前方放置反射镜。可以证明当距离大于 ΠW 02/λ时

所测的全发散角与理论上的远场发散角相比误差仅在1%以内。

（1）确定和调整激光束的出射方向，放置一个反射镜来延长光路。

（2）在光源前方L1处用光功率计检测，在与光轴垂直的某方向延正负轴测量并绘出光功率/位移曲线。

（3）由于光功率/位移曲线是高斯分布的，定义P max /e 2为光斑边界，测量出L1位置的

光斑直径D1。

（4）在后方L2处用光功率计同样测绘光强/位移曲线，并算出光斑直径D2。

（5）由于发散角度较小，可做近似计算，θ2=D2-D1/L2-L1,便可以算出全发散角2θ。

5.3利用光栅方程验证波长。

我们所用的He-Ne 激光器的波长是623.8nm, 通过光栅的夫琅和费衍射可以验证激光器的波长值。

（1） 观察衍射图样，在零级附近任意找一个衍射级，数出衍射级数j 。

（2） 测量并计算出衍射角θ。

（3） 由于光栅常数d 已知，根据光栅方程可以计算出激光波长。

),2,1,0(sin ±±==j j d λ

θ

激光二极管LIV测试仪

激光二极管LIV测试仪 苏美开 （济南福来斯光电技术研究室，flsoe@https://www.wendangku.net/doc/2a12776703.html,） 1.概述 激光二极管LIV测试仪是测量半导体激光器（LD）主要性能参数和特性指标的仪器。通过给受试LD提供不同的工作电流，采集不同工作条件下受试LD的各种参数信号，计算得出该LD的光电转换特性、伏安特性、光谱特性、远场/近场特性(近场特性正在开发中)和热特性。打印测试报告，保存数据。主要特点是： 1.1系统按功能模快化,采用单片机控制, 性能稳定可靠，维修使用方便； 1.2 测试功率覆盖范围宽：mW~1000W以上； 1.3 测试封装类型多：TO系列、光纤输出系列、Bar系列、管芯系列以及各种组件等等； 1.4 高质量的LD驱动电源：既可连续工作，又可脉冲工作，具有LD过流保护功能，低噪声、无浪涌和过脉冲； 1.5自动化程度高：整个测试、数据采集和数据处理、显示及打印都由系统自动完成； 1.6操作简单、测量速度快。 1.7 USB/RS232接口自选 2 功能 系统主要功能包括测量LD的光电特性（LI和LI M）、伏安特性（VI）、光谱特性（SP）、远场特性（FF）和热特性（R），具体如下： 曲线，检测、推算工作电流、输出光功率、 2.1进行LIV和LI测试，绘制LIV曲线和LI M 工作电压、阈值电流、功率效率、斜率效率、微分电阻、背光电流等参数； 2.2进行光谱测试：绘制光谱曲线，推算峰值波长、光谱谱宽； 2.3进行远场测试: 绘制远场曲线，推算水平发散角、垂直发散角； 2.4进行热阻测试； 2.5测试数据能够保存、导入，可打印标准测试报告。 2.6可测量参数见表1： 表1 可测量参数 3主要技术指标 测试仪按照功率分类应包括小功率测试仪（0-100mW）；中功率测试仪（0-10W），大功率测试仪（0-100W以上）。表2给出了不同功率类型仪器的主要技术指标。

激光原理实验

激光技术及应用实验 Lasers Experiments 一、实验课简介 本课程是面向应用物理学专业学生开设的一门学科基础课程，在第五学期开设。本实验是在本科生接受了大学物理等系统实验方法和实验技能训练的基础上开设的，主要与理论课程《激光技术与应用》同步，训练学生的自主设计能力。该课程具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。 二、实验课目标 进一步加强学生的基本科学实验技能的培养，提高学生的科学实验基本素质，并与理论课程的教学融汇贯通，加深对理论课程学习的理解。通过本课程的学习，要使学生熟悉激光器的基本工作原理、激光振荡及放大的条件、高斯光束的变换，熟练使用几种常用激光器，如氦氖激光器、半导体激光器、脉冲激光器和可调谐燃料激光器。使学生通过实际动手操作，掌握激光器的一般构造，加深对激光特性的理解，了解激光在精密测量中的使用。 培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。提高学生的科学素养，培养学生积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作的优良品德。 三、实验课内容 实验项目一：气体激光器（3学时） 1. 实验属性：综合性实验。 2. 开设要求：必开。 3. 教学目标： （1）掌握气体激光器的主要结构和原理； （2）掌握气体激光器的调节方法； （2）了解激光输出的特性及其测量； （3）了解高斯光束的传播规律，掌握光束基本特性的测量。 4. 主要实验仪器设备：游标卡尺、开放式He-Ne激光器等。 5. 实验内容（至少做两个子项目）： （1）调节He-Ne激光器的谐振腔镜，获得激光稳定输出； （2）测量激光光束的发散角和束腰半径（选作）； （3）测量激光激励电压与激光输出功率之间的相互关系（选作）； （4）进行简单的高斯光束变换（选作）。 实验项目二：固体连续激光器（3学时） 1. 实验属性：综合性实验。 2. 开设要求：必开。 3. 教学目标：

DJJ-8型激光测量仪使用说明可视化版、接触网专业激光测量仪

DJJ-8型激光测量仪使用说明可视化版一、激光测量仪各部分结构的名称 DJJ-8主机 DJJ-8测量架 二、操作步骤 1、正确安装电池

2、打开电源开关后，按下键盘上“开/关”按钮， 3、显示屏出现“请向右旋转主机”，根据提示用手轻轻向右旋转主 机头（禁止快速旋转），直至显示屏上出现视频图像，即表示仪器进入正常测量状态，可以开始测量。（注意：开机后，如果在三分钟之内没有任何操作，仪器会自动关机，在这种状态下，只要按“开／关”键，即可进入正常测量状态。测量时如果出现定机或屏幕蓝屏，请关掉电源后重新开机。仪器不用时，请关闭电源开关。 以便节省电能保护仪器） 4、清空内存 按下键盘上“菜单”按钮，显示屏将显示

内存管理 用于清空存储的数据。当光标指向该选项时，按下“确定”键提示“是否清空 内存”请确认数据已经导出或数据为无用数据，按下“确定”则删除存储器中存储的所有的数据，按“返回”键则不进行任何操作退回测量界面。 5、 输入线路信息 ① 正常测量状态下按下 “▼”按钮，显示屏 ② 按下“? ”按钮，清空线路信息 ③ 依次输入线路代码、工区代码和区间代码，我们工区将各个区间代码信息帖在测量仪上， 方便测量时输入。如果在输入过程中出现错误，按下“? ”按钮，清空线路信息后重新输入。输入完毕后，检查无误后按下“确认”按钮 ④ 当进入隧道测量时要输入隧道代码。在正常测量状态下按下“▲”按钮，显示屏将显示 把工区将各个区间代码信息帖在测量仪上，方便使用，达到可视化的效果

请输入隧道号：00 输入所在隧道代码，检查无误后按下“确认”按钮，如果在输入过程中出现失误，按下“?”按钮删除，每按一次删除一位数。 （提示：隧道测量结束后，同样按下“▲”按钮，表示隧道测量结束。） 三、DJJ-8激光测量仪九大功能及操作步骤 （提示：测量前必须进行电池电量检测，方法：正确安装电池开机后，接下“菜 单”键即可以在屏幕上看到当前电池电量。测量仪放置标准：固定测脚侧与定位器限位支座为同一侧。测量过程中，如常出现目标不在测量范围进入盲区， 此时应进行测量仪重启。） 1、测量导高、拉出值、钢轨轨距及超高 ①测量架放置于待测目标正下方轨面上，拨动测量架右端的轨距手柄，使测量 架两端的固定测脚和活动测脚都紧靠钢轨内侧。保持测量架与钢轨垂直。（注意：DJJ-8激光测量仪的任何一项测量功能都必须按照此项“测量仪放置标准”放置！） ②正常测量状态下可在显示屏下通过十字线瞄准目标，当测量环境光线不足时， 可接下“长光”键通过红光来瞄准目标，然后按下“测量”键，即可显示测量结果 ③数据保存：先按下“保存”键，显示屏会提示

激光原理实验(山科大)

实验一 He-Ne 激光器模式分析 （一）实验目的与要求 目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。 要求：用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。 （二）实验原理 1．激光器模的形成 我们知道，激光器的三个基本组成部分是增益介质、谐振腔和激励能源。如果用某种激励方式，在介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，由于自发辐射和受激辐射的作用， 将有一定频率的光波产生，在腔内传播， 并被增益介质逐渐增强、放大，如图1-1所示。实际上，由于能级总有一定的宽度以及其它因素的影响，增益介质的增益有一个频率分布，如图1-2所示，图中)(νG 为光的增益系数。只有频率落在这个范围 内的光在介质中传播时，光强才能获得不同程度的放大。但只有单程放大，还不足以产生激光，要产生激光还需要有谐振腔对其进行光学反馈，使光在多次往返传播中 图 1-1 粒子数反转分布 形成稳定、持续的振荡。形成持续 振荡的条件是，光在谐振腔内往返一周的光程差应是波长的整数倍，即 q q L λμ=2 （1-1） 式中，μ为折射率，对气体μ≈1；L 为腔长；q 为正整数。这正是光波相干的极大条件，满足此条件的光将获得极大增强。每一个q 对应纵向一种稳定的电磁场分布，叫作一个纵模，q 称作纵模序数。q 是一个很大

的数，通常我们不需要知道它的数值，而关心的是有几个不同的q 值，即激光器有几个不同的纵模。从（2-1）式中，我们还看出，这也是驻波形成的条件，腔内的纵模是以驻波形式 存在的， q 值反映的恰是驻波波腹的 图 1-2 光的增益曲线 数目，纵模的频率为 L c q q μν2= （1-2） 同样，一般我们不去求它，而关心的是相邻两个纵模的频率间隔 L c L c q 221≈ = ?=?μν （1-3） 从（2-3）式中看出，相邻纵模频率间隔和激光器的腔长成反比，即腔越长，相邻纵模频率间隔越小，满足振荡条件的纵模个数越多；相反，腔越短，相邻纵模频率间隔越大，在同样的增益曲线范围内，纵模个数就越少。因而用缩短腔长的办法是获得单纵模运行激光器的方法之一。 光波在腔内往返振荡时，一方面有增益，使光不断增强；另一方面也存在着多种损耗， 使光强减弱，如介质的吸收损耗、散射损耗、 镜面的透射损耗、放电毛细管的衍射损耗等。所以，不仅要满足谐振条件，还需要增益大于各种损耗的总和，才能形成持续振荡，有激光输出。如图2-3所示，有五个纵模满足谐振条件，其中有两个纵模的增益小于损耗，所以，有三个纵模形成持续振荡。对于纵模的观测，由于q 值很大，相邻纵模频率差异很小，一般的分光仪器无法分辨，必须使用 精度较高的检测仪器才能观测到。 谐振腔对光多次反馈，在纵向形成不同的场分布，那么对横向是否也会产 生影响呢？回答是肯定的，这是因为光每经过放电毛细管反馈一次，就相当于一次 图 1-3 纵模和纵模间隔 衍射，多次反复衍射，就在横向形成了一个或多个稳定的衍射光斑。每一个衍射光斑对应一种稳定的横向电磁场分布，称为一个横模。图2-4中，给出了几种常见的基本横模光斑图样。我们所看到的复杂的光斑则是这些基本

FTJC-1接触网几何参数测量仪

FTJC-1接触网几何参数测量仪 产品概述与功能 FTJC-1接触网几何参数测量仪是电气化铁路接触网几何参数测量的专用仪器。本仪器系采用红光半导体激光器和相位脉冲技术，可对接触网的导高、拉出值、定位器坡度、锚段关节、线岔、超高、轨距和红线等参数进行快速测量。 产品特点 应用工业级TFT液晶，构成了全新的视频瞄准系统，从根本上解决了传统仪器瞄准的难题，基于B/S架构的软件，实现真正网络化管理。仪器具有现场数据处理功能，也可方便组合含GPRS与GPS模块的PDA(或者笔记本电脑)实现大规模数据详细分析、实时数据网络传输、部门间即使通讯等功能。 产品执行标准： TB/T3235-2010铁路专用几何计量器具通用技术条件； TB/T3227-2010接触网几何参数测量仪。 主要技术参数： 1、轨距：范围1410mm～1470mm，精度±0.5mm； 2、水平(超高)：范围±200mm，精度±0.5mm； 3、导高：范围3000～15000mm，精度±3mm； 4、拉出值：范围±3000mm，精度±4mm； 5、线岔中心：精度±3mm； 6、500mm处高差：精度±4mm；

7、红线：精度±4mm； 8、侧面限界：精度±4mm； 9、承力索与接触线高差：精度±4mm； 10、跨铁道输电线与接触线的距离:精度±4mm； 11、锚段关节：精度士4mm 12、定位器坡度：1:n(n精确到0.1)； 13、自由测量:水平精度±4mm,垂直精度:±3mm； 14、跨距测量：范围70000mm，精度±5mm； 15、导高 1 :范围: 3000-15000mm 精度:±3mm； 16、拉出值1 :范围:±3000mm，精度:±4mm； 17、导高: 2 :范围: 3000-15000mm 精度:±3mm； 18、拉出值2 :范围:±3000mm，精度:±4mm； 19、高差:精度 :±4mm； 20、导高 1 :范围: 3000-15000mm 精度:±3mm； 21、拉出值1 :范围:±3000mm，精度:±4mm； 22、定位器坡度：1:1(n精确到0.1)； 23、导高: 2 :范围: 3000-15000mm 精度:±3mm； 24、拉出值2 :范围:±3000mm，精度:±4mm； 25、定位器坡度:2:1(n精确到0.1)； 26、导高 1 :范围: 3000-15000mm 精度:±3mm； 27、拉出值1 :范围:±3000mm，精度:±4mm； 28、导高: 2 :范围: 3000-15000mm 精度:±3mm； 29、拉出值2 :范围:±3000mm，精度:±4mm； 30、高差:精度 :±4mm。

半导体激光器pi特性测试实验

太原理工大学现代科技学院 课程实验报告 专业班级 学号 姓名 指导教师

实验名称 半导体激光器P-I 特性测试实验 同组人 专业班级 学号 姓名 成绩 一、 实验目的 1. 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 2. 了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 3. 掌握半导体激光器P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试方法 二、 实验仪器 1. ZY12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱 1台 2. 光功率计 1台 3. FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根 4. 万用表 1台 5. 连接导线 20根 三、 实验原理 半导体激光二极管（LD ）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高能级E 2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E 1，这个过程称为光的受激辐射。所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。）是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW ）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm ），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz ）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流I th 尽可能小，I th 对应P 值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验四）大， ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

外腔用半导体激光管基本原理及应用

外腔用半导体激光器基本原理及应用 1. 外腔用半导体激光器的概念 早期普通FP腔结构的半导体激光管腔长一般在800μm—1500μm, 后反射面的反射率接近全反射,出射端面的反射率一般在百分之几十以内。由于谐振腔的精细度不够高,而自由光谱范围又很宽,造成普通FP腔半导体激光器的线宽比较宽,甚至会出现多模运转,所以通常不能直接用在原子分子精密光谱，光频标，冷原子操控，原子干涉仪等研究领域。后续出现了DFB/DBR等激光器，因为内置光栅的原因，线宽得到了一定的压窄，可以达到2MHz甚至更小，基本可以应用到上述领域中。但随着对研究精度的提高，MHz级别的线宽已经不能满足更高要求的实验需求了，于是通过在激光管外再增加一些光反馈元件,使得激光管的后反射面和光反馈元件之间形成一个外腔,这样的激光器称为外腔半导体激光器(ECDL)。由于外腔对激光器的模式选择作用,可以大幅度压窄半导体激光器的线宽到KHz级别,同时通过外腔光学元件的调谐作用,使得激光波长可以精确调谐。由于外腔半导体激光器具有易于调谐、谱线宽度窄、维护简单等特点,成为精密光谱研究中一个重要的工具。当然外腔用半导体激光器也有结构稳定性和紧凑度不如DFB激光器的情况，但更窄的线宽以及更高的功率依然是它的最大优势所在。 两种典型的外腔半导体激光管结构（Littrow结构和Littman结构）

2. 外腔用半导体激光管的线宽压窄原理 设入射光的波长为λ0 ，为了使1级光形成外腔反射，必须满足以下方程组： 从激光管出来的光谱范围较大，波长成分较多，但只有满足第一个方程的波长成分才会发生一级闪耀反射回去，同时腔长必须满足第二个方程，反射回去的光才能形成谐振放大。零级出射光里的波长成分主要是一级反射光的波长，其它波长成分因为没有放大过程会大幅衰减，表现出来的光谱特性就是极窄的线宽。 3. 主要应用 外腔用半导体激光器因为它极窄的线宽和较高的光功率，在冷原子，原子分子精密光谱研究领域具有广泛的用途，目前主要应用在原子冷却，光频标，原子干涉仪，激光陀螺，高精度原子钟和光钟。 ?????==0002sin 2λλθq L d

激光测粒度

1 引言 微小颗粒态物质在日常生活和工业生产中有着很广泛的应用，尺寸的大小和分布情况直接关系到工业流程，产品质量以及能源消耗和生产过程的安全性。因此，准确方便地测量微小颗粒的直径（粒径）并得到粒径分布函数成为一个非常有意义的课题, 并由此发展了大量商业仪器。 迄今为止，在人们开发的多种利用微粒的物理性质确定其粒径分布的测量技术中，光散射技术以其非接触测量，方便快捷的特点而受到广泛关注[1]静态光散射法(即时间平均散射)测量散射光的空间分布规律，动态光散射则研究散射光在某固定空间位置的强度随时间变化的规律。动态光散射法理论较复杂、对实验装置的技术性能要求高、数据处理难度大。。根据光散射现象研究方向的不同，光散射技术可分为静态光散射法和动态光散射法。 2 基于米氏散射理论的激光粒度仪概述 静态光散射法的理论基础是米氏理论，米氏理论是以其创始人Gustav Mie命名的。Gustav Mie全名是Gustav Adolf Feodor Wilhelm Ludwig Mie，他于1908年在《Annalen der Phy sik》上发表了一篇论述微粒对光散射效应的论文。该论文开创了一个新的专业，其研究方向就是微粒对光的散射和吸收作用。 由米氏理论知当一束波长为，光强为的单色平面波照射到单个球形颗粒时，其散射光的光强分布为： （1） 为入射光振动面与散射面的夹角，r 是观察点与散射体间的距离。强度函数i1，i2为： （2） 其中，a i，b i为米氏系数，是粒子相对折射率m及无量纲参数的函数，可以用半整数阶贝塞尔函数和第二类汉克尔函数表示； 的勒让德和一阶缔合勒让德函数表示[2]。 由米氏理论我们可以得到不同粒径的颗粒的散射场光强的角分布量，选择适当的反演算法，就可得到样品的粒径分布状况。目前求粒径分布函数的方法主要有两种：非独立模式法（也称分布函数限制解法，Model dependent）和独立模式法（Model independent）[3]。非独立模式法就是预先假定被测微粒系统的粒径分布服从某个特定的分布函数，通常采用的是双参数分布函数，如正态分布函数，对数正态分布函数和Rosin-Rammler分布函数等。然后通过确定函数的参数来求得样品粒径分布。与之相反，独立模式则不对被测微粒系统的尺寸分布做任何假定，虽然过程很复杂，但理论上可以对任意分布的粒径体系进行求解。 人们把米氏理论进行了两种近似简化处理，当颗粒尺寸远小于入射光波长时，可看作瑞利散射；当颗粒尺寸远大于波长时，又可简化为夫琅和费衍射。一般可根据Van de Hulst参数P

激光原理实验

激光原理实验 指导老师陈钢 1实验目的：加深对激光原理理论概念的认识和理解，培养实验动手能力。 2实验内容： （1）谐振腔参数认识、调节，调节外腔式He-Ne激光器，使其激光输出，并达到最大值，记录相关实验结果，包括工作电流和激光功率； （2）光学谐振腔的稳定范围； （3）激光输出功率随激光管在腔内位置变化的关系； （4）波长选择，通过选频元件，调出可能的5条谱线，记录波长和相对功率； （5）横模特征观测与判断。 此5个内容，第一个大家都要做一遍，其余四个选两个做，但最好分配好，把每个内容 都做到。 3实验原理： 实验从调整基本装置开始，这部分内容老师讲解。只要调整好基本装置，就可以开始下面的各项实验。 3.1光学稳定性 He-Ne激光器的光学谐振腔是根据激活介质Ne以及所要求的光束质量而设计的。 稳定性的目标就是要获得尽可能好的光束输出，也就是基模高斯光束TEM 00模式。 一般来说，要获得高功率输出和较好的光束质量是两个相矛盾的要求，因为高功率输出需要较大的激活体积，而基模运转时的激活体积却被限制在他所要求的模体积之内。这也 就说明了为什么平凹腔对He-Ne激光器是最佳的结构。 3.2光学谐振腔的稳定范围； 实验可以这样进行，在激光稳定运转过程中，通过改变球面镜的位置，直到激光不能产生为止。球面镜位置改变的具体方法为：把球面镜调节支架上的固定螺丝轻微松动，同时又 使得它能够在轨道上保持静止不动。位置改变过程尽量保持不要破坏激光的振荡。重新固定 调节支架到新的位置，并且通过调节球面镜的垂直和水平调节螺丝，使得激光功率重新达到 最大值。重复这些过程，直到达到一个不能获得激光震荡的新位置为止。测量此时两面镜子 的距离，并与由稳定性条件给出的最大距离L进行比较。 0乞g l乜2乞1 g i =1and g2 =1 丄 R i R2 12 实验的测量方法如下，松开激光管支架的固定螺丝，使得它的位置可以在轨道上改变。第一步准直已经调节好了，在这个实验中要保证激光管支架的机械轴要和准直光给出的光轴

氦氖激光器系列实验

氦氖激光器实验 袁庆勇 081273018 信息工程 一、实验仪器 氦氖激光器、光功率指示仪、硅光电池接收器、狭缝、微动位移台、扫描干涉仪、高速光电接收器及其电源、锯齿波发生器、示波器、氦氖激光器及其电源。 氦氖激光器技术参数： 谐振腔曲率半径 1m ∞ 中心波长 632.8nm 共焦球面扫描干涉仪技术参数： 腔长20mm 凹面反射镜曲率半径20mm 凹面反射镜反射率99% 精细常数>100 自由光谱范围4GHz 二、实验目的 Ⅰ、氦氖激光束光斑大小和发散角 1、掌握测量激光束光斑大小和发散角的方法。 2、深入理解基模激光束横向光场高斯分布的特性及激光束发散角的意义。 Ⅱ、共焦球面扫描干涉仪与氦氖激光束的模式分析 1、了解扫描干涉仪原理，掌握其使用方法。 2、学习观测激光束横模、纵模的实验方法。 三、实验原理 激光束的发散角和横向光斑大小是激光应用中的两个重要参数，激光束虽有方向性好的特点，但它不是理想的平行光，而具有一定大小的发散角。在激光准直和激光干涉测长仪中都需要设置扩束望远镜来减小激光束的发散度。 1、激光束的发散角θ θ为激光束的发散角，()()0=2/2/z z θλπωω=,z 很大 只要我们测得离束腰很远的z 处的光斑大小2 w(z)，便可算出激光束发散角。 2、激光束横向光场分布 将光束半径w(z)定义为振幅下降到中心振幅1/e 的点离中心的距离，光束半径w(z)也可定义为光强下将为中心光强e -2倍的点离中心点的距离。 3、光束半径和发散角的测量 束腰处的光斑半径为 由这个值，也可从算出激光束的发散角θ 4、纵模频率差△ν=c/2n 2L ，L 为激光器腔长 5、不同横模之间的频率差 6、自由光谱范围△λ： 7、精细常数F ：()F=1-R

医学中常用的激光器

医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓

外腔He-Ne激光器的调试及参数测量

半外腔He-Ne 激光器的调试及参数测量 1. 引言 虽然在1917年爱因斯坦就预言了受激辐射的存在，但在一般热平衡情况下，物质的受激辐射总是被受激吸收所掩盖，未能在实验中观察到。直到1960年，第一台红宝石激光器才面世，它标志了激光技术的诞生 按工作物质的类型不同，激光器可以分成四大类：固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。He-Ne 激光器是继红宝石激光器后出现的第二种激光器，也是目前使用最为广泛的激光器之一。因此有必要通过实验对He-Ne 激光器作全面的了解。 2. 实验目的 1） 了解He-Ne 激光器的构造。 2） 观察并测量He-Ne 激光器的功率、发散角、横模式等性能参数。 3） 调整谐振腔一端的反射镜，观察谐振腔改变后He-Ne 激光器性能参数的变化。 3. 基本原理 3.1 He-Ne 激光器结构 He-Ne 激光器由光学谐振腔（输出镜与全反镜）、工作物质（密封在玻璃管里的氦气、氖气）、激励系统（激光电源）构成，如下图 He-Ne 激光器激励系统采用开关电路的直流电源，体积小，重量轻，可靠性高，并装有散热风机，可长时间运行。 激光管的布氏窗与输出镜、全反镜之间用模具成型的耐老化的硅胶套封接。避免了因灰尘、潮气污染布氏窗、输出镜、全反镜而造成的激光输出功率下降。输出镜、全反射调节采用差动螺丝，粗调调节范围大，可锁定。细调调节范围小，调节时不易出差错。在激光管的阴极、阳极上串接着镇流电阻,防止激光管在放电时出现闪烁现象。激光器外壳接地，手碰激光器外壳无静电感应的刺痛感。 放电毛细管内充的氦氖混合气体的压强比约为7:1，总压强在100Pa 至400Pa 。放电管两端贴有用水晶片制成的布儒斯特窗。窗口平面的法线与放电管轴向间的夹角也恰好等于水晶的布儒斯特角，约56°。安装布儒斯特窗口可以使激光器输出的激光为在纸面内振动的偏振光，沿该方向振动的偏振光通过布儒斯特窗时不会反射，因此有利于减少损耗，提高输出功率。 3.2 He-Ne 激光器谐振腔与激光横模 光学谐振腔的两个反射镜构成腔的边界，他对腔内的激光场产生约束作用，使激光场的分布以及振荡频率都只能存在一系列分离的本征状态，每一个本征态称为一种激光模式。激光模式有两类：一类称为纵模，它是指可能存在于腔内得每一种驻波场，用模序数q 描述沿腔轴线的激光场的节点数。另一类是横模，指可能存在于腔内的每一种横向场分布，用模序数m 和n 描述。如果谐振腔由两面方形孔径的反射镜组成，则m 和n 分别表示沿镜面直角坐标系的水平和竖直坐标轴的激光场节线数。如果谐振腔由两面圆形孔径反射镜组成，则m 和n 分别表示沿镜面极坐标系的角向和径向的激光场节线数。因此每一个激光模式可以用三个独立的模序数表示，记成n m q TEM ,,。单独表示横模时可记成n m TEM ,。如00TEM 表示基

He-Ne激光器模式分析实验

He-Ne 激光器模式分析 一、实验目的 1、了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解； 2、通过测试分析，掌握模式分析的基本方法； 3、了解实验使用的共焦球面扫描干涉仪的工作原理及性能，学会正确使用。 二、实验原理 1.激光模式的一般分析 稳定腔的输出频率特性： L C V mnq η2=[)1(1+++n m q π]cos -1[(1—1 R L )(1—2R L )]1/2 （1） 其中：L —谐振腔长度； R 1、R 2—两球面反射镜的曲率半径； q —纵横序数； m 、n —横模序数； η—腔内介质的折射率。 （1）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为： )(12'':n m L C n m mn ??πηυ?+=cos -1[（1－1R L ）(1－2 R L )]1/2 （其中Δm=m －m ′；Δn=n －n ′） （2） 对于相同的横模，不同纵模间的频差为q L C q q ?ηυ?2':= （Δq=q －q ′） 相邻两纵模的频差为 F 2C ηυ=?q （3） 由（2）、（3）式看出，稳定球面腔有如图2—1的频谱。 （2）式除以（3）式得 cos )(1'':n m n m mn q ??πν??+=-1[(1－1R L )(1－2 R L )]1/2 （4） 设：q n m mn υ?υ??' ':= ； S=π 1cos -1[(1－)]1)(21R L R L -1/2 Δ表示不同的两横模（比如υ00与υ10） 之间的频差与相邻两纵模之间的频差之比，于是（4）式可简写作： S )(?=?+?n m （5） 2. 共焦球面扫描干涉仪的工作原理 （1）共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图2-2所示，反

激光器激励原理

激光器激励原理 —固体激光器 1311310黄汉青 1311343张旭日辅导老师：

摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。介绍固体激光器的工作原理及应用，更能够加深对其的了解。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，接着介绍一些典型的固体激光器，最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。 关键词：固体激光器基本原理基本结构应用 1引用 世界上第一台激光器—红宝石激光器（固体激光器）于1960年7月诞生了，距今已有整整五十年了。在这五十年时间里固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃，并且对人类社会产生了巨大的影响。 固体激光器从其诞生开始至今，一直是备受关注。其输出能量大，峰值功率高，结构紧凑牢固耐用，因此在各方面都得到了广泛的用途，其价值不言而喻。正是由于这些突出的特点，其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的现实生活带了许多便利。 未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展： a)高功率及高能量 b)超短脉冲激光 c)高便携性 d)低成本高质量 现在，激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。 2激光与激光器

2.1激光 2.1.1激光（LASER） 激光的英文名——LASER，是英语词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射的光放大）的缩写[1]。2.1.2产生激光的条件 产生激光有三个必要的条件[2]： 1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； 2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转； 3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。 3固体激光器 3.1工作原理和基本结构 在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。 如图1所示,固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成[4]。

10.21 He-Ne激光器实验

实验报告 课程名称： 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： He-Ne 激光器与激光谐振腔 同组学生姓名 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 本套实验装置的核心He-Ne 激光器，采用的是一种半内腔结构，激光器的一个全反射镜与毛细管、储气套等做成一体，并在出厂前将全反射镜与毛细管调至垂直。而另一个半反射镜则被安装在一个精密二维 调整架上，可灵活移动。 通过一准直光源调整激光管和半反射镜，使之产生激光。用激光功率计检测这束激光并进一步调整膜片使之达到最佳状态（功率最大）。观察光斑大小和光强分布。用扫描干涉仪观察其纵膜的频谱分布情况。调整工作电流，观察输出功率的变化。重复移动半反射镜并重新使之达到最佳状态，观察光斑大小和分布变化，记录功率，用干涉仪观察纵膜，比较前后变化，分析腔长对功率、纵膜、横膜、发散角、束腰、腔型的影响。 在激光管与半反射镜之间插入一可调损耗，使之与增益刚好达到平衡，通过对损耗的测量，求得 激光管的增益。 通过实验，掌握激光调谐的原理和技巧，验证谐振腔理论和有关增益的概念，全面、深入地了解激光器的结构、特性、工作条件和相关理论。 二、 实验内容和原理 1.改变工作电流，观察电流与输出功率的关系。 （在超过5mA 的大电流时，工作时间不可过长。） 2.腔长与激光功率、横模、纵模、束腰、发散角的关系 1）设备调试完成后，用功率计测量其最大功率。用显示屏在全反射端一定距离处（2-3米）观察光 斑的大小和形状，光斑的大小反应了发散角的大小，光斑的形状即为激光的横模。观察半反射镜上的光斑（束腰）大小。在半反射镜端装上F-P 扫描干涉仪探头，观察纵模情况。

半导体激光器实验报告

半导体激光器实验报告 课程：_____光电子实验_____ 学号： 姓名： 专业：信息工程 南京大学工程管理学院

半导体激光器 一．实验目的 （1）通过实验熟悉半导体激光器的光学特性 （2）掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节 （3）根据半导体激光器的光学特性考察其在光电技术方面的应用 二．实验原理 1.半导体激光器的基本结构 半导体激光器大多数用的是GaAs或Gal-xAlxAs材料。P-n结通常在n 型衬底上生长p型层而形成，在p区和n区都要制作欧姆接触，使激励 电流能够通过，电流使结区附近的有源区产生粒子数反转。 2.半导体激光器的阈值条件 当半导体激光器加正向偏置并导通时，器件不会立刻出现激光震荡，小电流时发射光大都来自自发辐射，随着激励电流的增大，结区大量粒 子数反转，发射更多的光子，当电流超过阈值时，会出现从非受激发射 到受激发射的突变。这是由于激光作用过程的本身具有较高量子效率的 缘故，激光的阈值对应于：由受激发射所增加的激光模光子数（每秒） 正好等于平面散射，吸收激光器的发射所损耗的光子数（每秒）。 3.横模和偏振态 半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。每个模都由固有的传播常数和横向电场分布，这些 模就构成了激光器中的横模。横模经端面射出后形成辐射场，辐射场的 角分布沿平行于结面方向和垂直于结面方向分别成为侧横场和正横场。 共振腔横向尺寸越小，辐射场发射角越大，由于共振腔平行于结面方向 的宽度大于垂直于结面方向的厚度，所以侧横场小于正横场的发散角。 激光器的GaAs晶面对TE模的反射率大于对TM模的反射率，因而TE模需要的阈值增益低，TE模首先产生受激发射，反过来又抑制了TM 模，另一方面形成半导体激光器共振腔的波导层一般都很薄，这一层越

DJJ型激光测量仪使用说明可视化版

DJJ-8型激光测量仪使用说明可视化版 一、激光测量仪各部分结构的名称 DJJ-8主机 DJJ-8测量架 二、操作步骤 1、正确安装电池 2、打开电源开关后，按下键盘上“开/关”按钮， 3、显示屏出现“请向右旋转主机”， 根据提示用手轻轻向右旋转主机头（禁止快速旋转），直至显示屏上出现视频图像，即表示仪器进入正常测量状态，可以开始测量。（注意：开机后，如果在三分钟之内没有任何操作，仪器会自动关机，在这种状态下，只要按“开／关”键，即可进入正常测量状态。测量时如果出现定机或屏幕蓝屏，请关掉电源后重新开机。仪器不用时，请关闭电源开关。以便节省电能保护仪器） 4、清空内存

按下键盘上“菜单”按钮，显示屏将显示 内存管理用于清空存储的数据。当光标指向该选项时，按下“确定”键提示“是否清空内存”请确认数据已经导出或数据为无用数据，按下“确定”则删除存储器中存储的所有的数据，按“返回”键则不进行任何操作退回测量界面。 5、输入线路信息 把工区将各 个区间代码 信息帖在测 ①正常测量状态下按下“▼”按钮，显示屏 ②按下“”按钮，清空线路信息 ③依次输入线路代码、工区代码和区间代码，我们工区将各个区间代码信息帖 在测量仪上，方便测量时输入。如果在输入过程中出现错误，按下“”按钮，清空线路信息后重新输入。输入完毕后，检查无误后按下“确认”按钮 ④当进入隧道测量时要输入隧道代码。在正常测量状态下按下“▲”按钮，显 示屏将显示 请输入隧道号：00 输入所在隧道代码，检查无误后按下“确认”按钮，如果在输入过程中出现失误，按下“”按钮删除，每按一次删除一位数。 （提示：隧道测量结束后，同样按下“▲”按钮，表示隧道测量结束。）

激光原理及应用实验讲义 -4个实验

实验一CO2激光器及激光扫描实验 一、实验目的 1、了解CO2激光器的工作原理及典型结构； 2、掌握CO2激光器的输出特性； 3、掌握CO2激光器的使用方法； 4、掌握激光扫描及F-Theta镜的工作原理。 二、实验器材 CO2激光管1支，激光电源1台，功率计1台，水冷系统1套，扫描系统1套，控制器1套，计算机1台 三、实验原理 1、CO2激光器工作原理 CO2激光器的工作气体是CO2、N2和He的混合气体。波长9-11um间，处于大气传输窗口（吸收小，2-2.5um;3-5um;8-14um）。利用同一电子态的不同振动态（对称、弯曲和反对称振动）的转动能级间的跃迁。 图1 CO2激光器典型结构 CO2激光器由工作气体、放电管、谐振腔和电源等组成。放电管大多采用硬质玻璃(如GG)制成，放电管的内径和长度变化范围很大。为了防止内部气压和气压比的变化而影响17 器件寿命，放电管外加有贮气管。为了防止发热而降低输出功率，加有水冷装置。激光器的 输出功率随着放电管长度加长而增大。 CO2激光器中与激光跃迁有关的能级是由CO2分子和N2分子的电子基态的低振动能级构成的。CO2振动模型如图1所示。 激光跃迁主要发生在0001→1000和0001→0200两个过程，分别输出10.6um和9.6um。激光低能级100和020都可以首先通过白发辐射到达0l0，再次通过自发辐射到达基态000，但由于自发辐射的几率不大，远不如碰撞驰豫过程快，其主要的驰豫过程如图2。

分子反对称振动 CO 2 分子振动模型 图1 CO 2 图2 CO2分子能级跃迁过程 其中前两个过程进行得很快，而后两个过程进行得很慢，故分子堆积在010能级上，形成瓶颈效应，而使粒子数反转减小，特别是温度升高时，由热激发而使010能级上分子增加，造成粒子数反转的严重下降，甚至停振，最后一个式子中的M代表辅助气体。如果选择恰当的气体(常见的如H2O和H2)作为辅助气体，可促进010能级上分子的弛豫过程。另外由于010能级上的分子扩散到管壁上会引起消激发，这就使器件的管壁不能太粗。另外，为了增加气体的热导率，通过在气体中加入He气，可实现对放电管的冷却，同样使气体流动，都是降低温的好办法。 气体中一般还需要加入N2气，利用其v＝1能级与CO2分子的001能级相差较小，可以实现共振转移，选择性激励co2分子进入001态，特别由于N2气的v=1态不能通过自发

实验一-半导体激光器系列实验

实验一-半导体激光器系列实验

实验一半导体激光器系列 实验

一、实验设备介绍 2．配套仪器的使用 WGD-6光学多道分析器的使用参考WGD-6光学多道分析器的使用说明书。 3．激光器概述 光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础，引起世界各国的极大关注。其中半导体激光器的生产和应用发展特别迅猛，它已经成功地用于光通讯和光学唱片系统；还可以作为红外高分辨率光谱仪光源，用于大气测污和同位素分离等；同时半导体激光器可以成为雷达，测距，全息照相和再现、射击模拟器、红外夜视仪、报警器等的光源。半导体激光器，调频器，放大器集成在一起的集成光路将进一步促进光通 - 1 -

讯，光计算机的发展。 激光器一般包括三个部分： （1）激光工作介质 激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外，非常广泛。 （2）激励源 为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。 （3）谐振腔 有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块大部分反射、 - 2 -