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，?=2?/???0??2??z?/z,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/2n2L，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=?R/?1-R?
四、实验内容
1、光强横向分布的测量 移动微动平台，使狭缝和硅光电池接收器同时扫过光束，移动的方向应与光传播方向垂直。每隔0.1~0.2mm，记录光功率指示仪的读值，重复测量三次，进行激光束的光强横向分布测量，测量Z值。 Z=3.1m，L=33.5cm
2、光斑半径W（Z）及发散角θ的确定
以平均值做出光功率指示仪随测量位移之间的变化曲线，由曲线求出光斑半径W（Z），并算出θ 值，算出发散角?=2??z?/z的确定值和?=2?/???0?的θ 值进行比较。
光功率随测量位移之间的变化曲线181614121086420光功率/uw系列1024位移/mm6810
位移/mm 功率/uw 位移/mm 0 0.9 3 0.2 0.9 3.2 0.4 0.9 3.4 0.6 0.91 3.6 0.8 0.92 3.8 1 0.94 4 1.2 1.01 4.2 1.4 1.03 4.4 1.6 1.06 4.6 1.8 1.13 4.8 2 1.25 5 2.2 1.46 5.2 2.4 1.6 5.4 2.6 1.83 5.6 2.8 2.74 5.8 功率/uw 位移/mm 功率/uw 3.4 6 11.42 4.08 6.2 10.22 4.8 6.4 8.68 5.6 6.6 6.92 6.5 6.8 6.25 7.18 7 5.2 8.8 7.2 4.18 10.06 7.4 3.45 11.97 7.6 2.72 13 7.8 2.31 14.2 8 1.89 15.78 8.2 1.62 14.21 8.4 1.51 13.1 8.6 1.45 12.12 腔长L=33.5cm，束腰处的光斑半径ω0=308.3um，根据?=2?/???0?得发散角θ=0.0013°，测得w(z)=2.7mm，根据?=2??z?/z得发散角θ=0.0017°. 3、根据激光器的腔长，计算纵模频率差，计算1阶和2阶横模频率差 纵模频率差△ν=448MHz 1阶横模频率差△ν=193MHz 2阶横模频率差△ν=385MHz
4、根据干涉仪的曲率半径计算出干涉仪的自由光谱范围，再由给定的反射率计算出精细常数F。
自由光谱范围跟共焦球面扫描干涉仪的腔长关系△λ=λ2/(4L)=0.005nm 精细常数F=?R/?1-R?=313
5、以计算所得的自由光谱范围在示波器上定标，由示波器上显示的纵模波形测出干涉仪的带宽，再由式求出精细常数F，和理论值进行比较。 F=△νF/△νFWHM，△νF/△νL=△t/△T. △T=1.31ms，△t=9.6ms，△tFWHM=170us. 精细度常数F=77，理论值精细常数F=?R/?1-R?=313.