实验二He-Ne激光器的模式分析 相对一般光源，激光具有单色性好的特点，也就是说，它具有非常窄的谱线宽 度。这样窄的谱线，不是受激辐射后自然形成的，而是受激辐射经过谐振腔等多种 机制的作用和相互干涉后形成的。所形成的一个或多个离散的、稳定的又很精细的 谱线就是激光器的模。每个模对应一种稳定的电磁场分布，即具有一定的光频率。 相邻两个模的光频率相差很小，我们用分辨率比较高的分光仪器可以观测到每个 模。当从与光输出的方向平行（纵向）和垂直（横向）两个不同的角度去观测和分 析每个模时，发现又分别具有许多不同的特征，因此，为方便每个模又相应称作纵 模和横模。 在激光器的生产与应用中，我们常常需要先知道激光器的模式状况，如精密测 量、全息技术等工作需要基横模输出的激光器，而激光稳频和激光测距等不仅要求 基横模，而且要求单纵模运行的激光器。因此，模式分析是激光器的一项基本而又 重要的性能测试。 “、 实验目的 1.了解激光器的模式结构，加深对模式概念的理解 2.通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。 3.对本实验使用的分光仪器一一共焦球面扫描干涉仪，了解其原理、性能， 学会正确使用 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2-1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2-2所示，图中G(y)为光的增益系 hy 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 N E,放大。但只有单程放大，还不足以产生 (N,>N) 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2-1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 实验二 He-Ne 激光器的模式分析 相对一般光源，激光具有单色性好的特点，也就是说，它具有非常窄的谱线宽 度。这样窄的谱线，不是受激辐射后自然形成的，而是受激辐射经过谐振腔等多种 机制的作用和相互干涉后形成的。所形成的一个或多个离散的、稳定的又很精细的 谱线就是激光器的模。每个模对应一种稳定的电磁场分布，即具有一定的光频率。 相邻两个模的光频率相差很小，我们用分辨率比较高的分光仪器可以观测到每个 模。当从与光输出的方向平行（纵向）和垂直（横向）两个不同的角度去观测和分 析每个模时，发现又分别具有许多不同的特征，因此，为方便每个模又相应称作纵 模和横模。 在激光器的生产与应用中，我们常常需要先知道激光器的模式状况，如精密测 量、全息技术等工作需要基横模输出的激光器，而激光稳频和激光测距等不仅要求 基横模，而且要求单纵模运行的激光器。因此，模式分析是激光器的一项基本而又 重要的性能测试。 一、实验目的 1．了解激光器的模式结构，加深对模式概念的理解。 2．通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。 3．对本实验使用的分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理、性能， 学会正确使用。 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 2-1 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 2-2 所示，图中G ν )( 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 2-1 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 9