氦氖激光器的調(diào)腔實驗

氦氖激光器的調(diào)腔實驗（北京師范大學(xué)物理系）摘要：本實驗分別通過準(zhǔn)直法和十字叉絲法來調(diào)節(jié)諧振腔兩端腔鏡的位置，使得兩個腔鏡平行且和毛細(xì)管垂直，發(fā)射激光，并通過統(tǒng)調(diào)法獲得最強激光。理論：激光器由激勵電流、增益介質(zhì)和諧振腔組成，如圖1。對He-Ne激光器而言增益介質(zhì)就是在兩端封有布儒斯特窗的毛細(xì)管內(nèi)按一定的氣壓充以適當(dāng)比例的氮氧氣體，當(dāng)?shù)趸旌蠚怏w被電流激勵時，與某些譜線對應(yīng)的上下能級的粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，使介質(zhì)具有增益。介質(zhì)增益與毛細(xì)管長度、內(nèi)徑粗細(xì)、兩種氣體的比例、總氣壓以及放電電流等因素有關(guān)。對諧振腔而言腔長要滿足頻率的駐波條件，諧振腔鏡的曲率半徑要滿足腔的穩(wěn)定條件?？傊坏膿p耗必須小于介質(zhì)的增益，才能建立激光振蕩。由于介質(zhì)的增益具有飽和特性，增益隨激光強度增加而減小。初始建立激光振蕩時增益大于損耗，隨著激光的增強而增益逐漸減小直到增益等于損耗時才有持續(xù)穩(wěn)定的振蕩。圖1激光器原理圖實驗內(nèi)容：清洗鏡頭在清洗鏡頭時候可以通過腔鏡的具體情況選擇合適的清洗方法，首先應(yīng)用洗耳球吹去鏡頭上的灰塵等顆粒物，對于軟膜我們采用拖曳的方法，首先將鏡頭放置在水平的桌面上，取一張鏡頭紙并將光滑一面放置在鏡頭上，并且在此之前確保不會用手去接觸光滑面，在擦鏡紙上接觸鏡頭的部位滴一到兩滴丙酮試劑，輕輕拖曳擦鏡紙的一端直到整張擦鏡紙擦過鏡頭。混合液撲，"■■■'] y 鏡頭紙圖2軟膜清洗法對于硬膜，洗耳球吹去鏡頭上的灰塵等顆粒物之后，將鏡頭著對折，如圖，用止血鉗夾住擦鏡紙，露出一段，在露出一端上滴一到兩滴丙酮，輕甩之后擦拭鏡頭，擦拭的過程保證擦拭方向永遠(yuǎn)朝著一個方向，不來回擦拭。圖3硬膜清洗法準(zhǔn)直法調(diào)腔用具：He-Ne激光器、準(zhǔn)直激光器、貼有白紙的立板。步驟：（1） 通過上述方法清洗完鏡頭和布儒斯特窗后，打開準(zhǔn)直激光器；（2） 首先調(diào)節(jié)準(zhǔn)直激光器的上下高度和俯仰角度，使得準(zhǔn)直激光器打出來的光與毛細(xì)管的中心在同一水平線上；（3） 將準(zhǔn)直激光器固定在諧振腔一端的前段，將激光穿透整個毛細(xì)管，此時可以調(diào)節(jié)準(zhǔn)直激光器的橫向位移和左右偏移動，直到穿透的光打在對面的白紙上呈現(xiàn)同心圓環(huán)狀；（4） 裝上陰極反射鏡，調(diào)整反射鏡的左右偏轉(zhuǎn)和俯仰，使反射回的激光與出來的激光重合出現(xiàn)在準(zhǔn)直激光器鏡頭上的正中心；（5） 裝上陽極反射鏡，調(diào)整反射鏡的左右偏轉(zhuǎn)和俯仰，使反射回的激光出現(xiàn)規(guī)則的明暗變化；（6）關(guān)閉準(zhǔn)直激光器，打開He-Ne激光器電源，觀察有無激光出現(xiàn)，如果沒有可以先松動陽極反射鏡并輕微晃動，如果發(fā)現(xiàn)偶爾有激光出現(xiàn)則再次安裝好陽極反射鏡并輕微調(diào)整陽極反射鏡，直到有激光出現(xiàn)，如果無論如何晃動都沒發(fā)現(xiàn)激光則證明陰極反射鏡沒有裝好或者之前的準(zhǔn)直調(diào)節(jié)沒有調(diào)好，則重復(fù)上述過程重新來調(diào)，直到有激光出現(xiàn)。十字叉絲法調(diào)腔（1） 同準(zhǔn)直法相同，按照實驗內(nèi)容一中的步驟清洗鏡頭，之后安裝好兩個反射鏡；（2） 打開激光器，使激光透過中心有小孔的十字叉絲，透過十字叉絲的中心小孔觀察，首先會看到直徑相當(dāng)于激光管直徑的藍色光圈，調(diào)節(jié)十字叉絲的位置，直到藍色斑點的中心出現(xiàn)一針眼大小直徑的亮白色斑點；（3） 固定住十字叉絲，用一光源照射十字叉絲，調(diào)節(jié)反射鏡的左右偏轉(zhuǎn)角度和俯仰角度，使亮白色斑點正好位于反射鏡中十字叉絲像的中心；（4） 調(diào)節(jié)另一端的反射鏡，此時可以先晃動反射鏡，如果發(fā)現(xiàn)偶爾有激光出現(xiàn)則安裝好該端反射鏡并輕微調(diào)整反射鏡，直到有激光出現(xiàn)。統(tǒng)調(diào)法調(diào)節(jié)激光器強度（1） 用光電二極管功率計對準(zhǔn)所產(chǎn)生的激光，慢慢的調(diào)試陽極反射鏡，使其電流達到最大；（2） 沿順時針調(diào)節(jié)陰極反射鏡X旋鈕，使其輸出電流達到最大值的一半。調(diào)節(jié)陽極反射鏡的X旋鈕，看光電二極管顯示的電流與原來的最大值的關(guān)系，若超過或等于原來的最大值，則按以上方向繼續(xù)調(diào)節(jié)，直至激光功率不再上升。若小于原來的最大值，就反向調(diào)節(jié)，同樣調(diào)到激光功率不再上升。（3