3-9光学双稳实验(教案) 实验目的和要求 了解光学双稳产生的基本原理,掌握实现光学双稳的方法,观测光学双稳现象。 学习光学调制器的构成和调节,电光晶体光轴方向的调节,法布里-珀罗腔(F-P)的组装和 调节,和光学现象的观察 教学内容: 用KD*P电光调制器实现激光光强的连续变化。 2.激光在法布里铂罗腔内的非线性介质染料中产生折射率变化,观测系统的光学双稳现 实验过程中可能涉及的问题(有的问题可用于检查学生的预习情况,有的可放在实验室 说明牌上作提示,有的可在实验过程中予以引导,有的可安排为报告中要回答的问题,有的 可作为进一步探索的问题。不同的学生可有不同的要求。) 什么是光学双稳?光学双稳形成的机理是什么?本实验中要观测非线性介质染料的折 射率随入射激光的光强而变化,是几次电光效应,有没有考虑到一次电光效应,为什么?如 何通过电光调制器实现激光光强的连续变化?KD*P晶体的光学性质如何受晶体对称性的 影响,如何受外加电压大小和方向的影响?实验过程中遇到了四个重要的光学现象:锥光干 涉,多光点,等倾干涉和光强突变,分别是如何产生的?反映了什么问题?对这些现象作观 察和调节的意义是什么?你可以想到光学双稳有哪些重要应用 实验装置说明:He-Ne激光器的工作和输出光特性(腔长大,输出功率较高,出射光阑可减 弱或遮挡激光),电光调制器的组成和作用,会聚透镜的作用,FP腔的组成,入射光强和 透射光强探测,计算机测量和处理软件。强调使用高压和激光要注意安全! 实验的主要内容和问题: 设置电光调制器的两个偏振片通光方向正交,入射偏振片的通光方向与激光器出射光的 偏振方向一致。(为什么?如何判断?) 2.调节KD*P晶体的光轴z与激光传播方向一致。(如何判断?此光学现象的物理内容是 什么?为何要作此调节? 3.组装F-P腔。(注意让学生观察F-P腔的组成,练习光学镜面的清洗和FP腔的组装,观。 察非线性介质染料的注入方式)。 4.调节F-P腔。(如何通过FP腔后的光学现象判断和调节F-P腔的两面反射镜相互平 在F-P腔前加聚焦透镜,进一步优化光路。(加透镜的作用是什么?激光聚焦点要落在 FP腔内的染料中心位置,为什么?F-P腔后观察到什么样的光学现象?) 6.观测F-P腔后透射光强随入射光强的变化。(注意只测量透射光中心光环处的光强,为 什么?FP腔中的介质为空气时,能观测到透射光中心光强的突变么,为什么?在介质 为空气状态下测量光强,可进一步优化光路,观察并控制电光调制器的输出光强随 KD*P晶体外加电压的变化。向F-P腔内注入染料介质后,透射光强在一定的入射光强 处发生突变,突变的原因是什么?) 7.分析和讨论实验中观察到的光学现象:在FP腔内为空气和染料介质的情况下,对透射 光强和入射光强随时间的变化图,以及透射光强随入射光强的变化图进行分析。(哪些 因素可能影响光学双稳态的阈值和光强阶跃的性质?怎样避免染料缓慢泄漏对实验结 果的影响?如果实验结果不好,可能是什么原因?如何改进?)
3-9 光学双稳实验（教案） 实验目的和要求 了解光学双稳产生的基本原理，掌握实现光学双稳的方法，观测光学双稳现象。. 学习光学调制器的构成和调节，电光晶体光轴方向的调节，法布里-珀罗腔（F-P）的组装和 调节，和光学现象的观察。 教学内容： 1. 用 KD*P 电光调制器实现激光光强的连续变化。 2. 激光在法布里铂罗腔内的非线性介质染料中产生折射率变化，观测系统的光学双稳现 象。 实验过程中可能涉及的问题 (有的问题可用于检查学生的预习情况，有的可放在实验室 说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，有的 可作为进一步探索的问题。不同的学生可有不同的要求。) 什么是光学双稳？光学双稳形成的机理是什么？本实验中要观测非线性介质染料的折 射率随入射激光的光强而变化，是几次电光效应，有没有考虑到一次电光效应，为什么？如 何通过电光调制器实现激光光强的连续变化？KD*P 晶体的光学性质如何受晶体对称性的 影响，如何受外加电压大小和方向的影响？实验过程中遇到了四个重要的光学现象：锥光干 涉，多光点，等倾干涉和光强突变，分别是如何产生的？反映了什么问题？对这些现象作观 察和调节的意义是什么？你可以想到光学双稳有哪些重要应用？ 实验装置说明：He-Ne 激光器的工作和输出光特性（腔长大，输出功率较高, 出射光阑可减 弱或遮挡激光），电光调制器的组成和作用，会聚透镜的作用，F-P 腔的组成，入射光强和 透射光强探测，计算机测量和处理软件。强调使用高压和激光要注意安全！ 实验的主要内容和问题： 1． 设置电光调制器的两个偏振片通光方向正交，入射偏振片的通光方向与激光器出射光的 偏振方向一致。（为什么？如何判断？） 2． 调节 KD*P 晶体的光轴 z 与激光传播方向一致。（如何判断？此光学现象的物理内容是 什么？为何要作此调节？） 3． 组装 F-P 腔。（注意让学生观察 F-P 腔的组成，练习光学镜面的清洗和 F-P 腔的组装，观。 察非线性介质染料的注入方式）。 4． 调节 F-P 腔。（如何通过 F-P 腔后的光学现象判断和调节 F-P 腔的两面反射镜相互平 行？） 5． 在 F-P 腔前加聚焦透镜，进一步优化光路。（加透镜的作用是什么？激光聚焦点要落在 F-P 腔内的染料中心位置，为什么？F-P 腔后观察到什么样的光学现象？） 6． 观测 F-P 腔后透射光强随入射光强的变化。（注意只测量透射光中心光环处的光强，为 什么？F-P 腔中的介质为空气时，能观测到透射光中心光强的突变么，为什么？在介质 为空气状态下测量光强，可进一步优化光路，观察并控制电光调制器的输出光强随 KD*P 晶体外加电压的变化。向 F-P 腔内注入染料介质后，透射光强在一定的入射光强 处发生突变，突变的原因是什么？） 7． 分析和讨论实验中观察到的光学现象；在 F-P 腔内为空气和染料介质的情况下，对透射 光强和入射光强随时间的变化图，以及透射光强随入射光强的变化图进行分析。（哪些 因素可能影响光学双稳态的阈值和光强阶跃的性质？怎样避免染料缓慢泄漏对实验结 果的影响？如果实验结果不好，可能是什么原因？如何改进？）
实验报告要求: 此实验操作性比较强,要求在实验报告中清楚明白地说明主要操作内容,调节技巧,观 察到的光学现象及其反映的物理意义。在光学双稳图中须标明入射光强从小到大再回到小的 变化过程和各阶光学双稳态出现的位置。考虑如何估算染料介质的Ker系数
实验报告要求： 此实验操作性比较强，要求在实验报告中清楚明白地说明主要操作内容，调节技巧，观 察到的光学现象及其反映的物理意义。在光学双稳图中须标明入射光强从小到大再回到小的 变化过程和各阶光学双稳态出现的位置。考虑如何估算染料介质的 Kerr 系数
