氦氖激光器的調(diào)腔實(shí)驗(yàn)

氦氖激光器的調(diào)腔實(shí)驗(yàn)（北京師范大學(xué)物理系）摘要：本實(shí)驗(yàn)分別通過(guò)準(zhǔn)直法和十字叉絲法來(lái)調(diào)節(jié)諧振腔兩端腔鏡的位置，使得兩個(gè)腔鏡平行且和毛細(xì)管垂直，發(fā)射激光，并通過(guò)統(tǒng)調(diào)法獲得最強(qiáng)激光。理論：激光器由激勵(lì)電流、增益介質(zhì)和諧振腔組成，如圖1。對(duì)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(lì)時(shí)，與某些譜線對(duì)應(yīng)的上下能級(jí)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(zhǎng)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(duì)諧振腔而言腔長(zhǎng)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(qiáng)度增加而減小。初始建立激光振蕩時(shí)增益大于損耗，隨著激光的增強(qiáng)而增益逐漸減小直到增益等于損耗時(shí)才有持續(xù)穩(wěn)定的振蕩。圖1激光器原理圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：清洗鏡頭在清洗鏡頭時(shí)候可以通過(guò)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(duì)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(huì)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(guò)鏡頭?；旌弦簱?，"■■■'] y 鏡頭紙圖2軟膜清洗法對(duì)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(duì)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(guò)程保證擦拭方向永遠(yuǎn)朝著一個(gè)方向，不來(lái)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(guò)上述方法清洗完鏡頭和布儒斯特窗后，打開(kāi)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(lái)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(gè)毛細(xì)管，此時(shí)可以調(diào)節(jié)準(zhǔn)直激光器的橫向位移和左右偏移動(dòng)，直到穿透的光打在對(duì)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(lái)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(yáng)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(kāi)He-Ne激光器電源，觀察有無(wú)激光出現(xiàn)，如果沒(méi)有可以先松動(dòng)陽(yáng)極反射鏡并輕微晃動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)偶爾有激光出現(xiàn)則再次安裝好陽(yáng)極反射鏡并輕微調(diào)整陽(yáng)極反射鏡，直到有激光出現(xiàn)，如果無(wú)論如何晃動(dòng)都沒(méi)發(fā)現(xiàn)激光則證明陰極反射鏡沒(méi)有裝好或者之前的準(zhǔn)直調(diào)節(jié)沒(méi)有調(diào)好，則重復(fù)上述過(guò)程重新來(lái)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容一中的步驟清洗鏡頭，之后安裝好兩個(gè)反射鏡；（2） 打開(kāi)激光器，使激光透過(guò)中心有小孔的十字叉絲，透過(guò)十字叉絲的中心小孔觀察，首先會(huì)看到直徑相當(dāng)于激光管直徑的藍(lán)色光圈，調(diào)節(jié)十字叉絲的位置，直到藍(lán)色斑點(diǎn)的中心出現(xiàn)一針眼大小直徑的亮白色斑點(diǎn)；（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(diǎn)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(shí)可以先晃動(dòng)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(qiáng)度（1） 用光電二極管功率計(jì)對(duì)準(zhǔn)所產(chǎn)生的激光，慢慢的調(diào)試陽(yáng)極反射鏡，使其電流達(dá)到最大；（2） 沿順時(shí)針調(diào)節(jié)陰極反射鏡X旋鈕，使其輸出電流達(dá)到最大值的一半。調(diào)節(jié)陽(yáng)極反射鏡的X旋鈕，看光電二極管顯示的電流與原來(lái)的最大值的關(guān)系，若超過(guò)或等于原來(lái)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(lái)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