第31卷增刊 电气电子教学学报 反镜是安装在调节支架上的。调节支架能调节输出中未显示)。该实验装置存在以下缺点:1腔镜的曲 镜与全反镜之间平行度,使激光器工作时处于输出率半径不能选择;2、调光只能在前输出镜端调整,眼 镜与全反镜相互平行且与放电管垂直的状态。 睛直视输出激光非常不安全,不利于学生反复练习 在半内腔结构的HeNe激光器中,全反射镜与也不应该让学生在短时间内反复练习;3、调节架使 毛细管、储气套等做成一体,并在出厂前已将全反射用不方便,4、腔长虽然可变化,但每变化一次,要重 镜与毛细管调至垂直,另一个输出镜则被安装在精新调光 密二维调整架上,可灵活移动。通过调整激光管和 输出镜,使之产生激光。放电管前端用布儒斯特窗 口密封,最后得到线偏振光。调出激光后,用功率指 示计和扫描干涉仪观察和测量一系列光学参数 2实验改进方案 在旧的实验中,练习调光采用一个半内腔He Ne激光器,观察与测量纵模则采用一个内腔He 图1旧的实验装置 Ne激光器,也就是说,后者所用的HeNe激光器与 在提出实验改进方案后,与大恒新纪元科技股 前者所用的HeNe激光器是不同的。即传统实验份有限公司进行了交流,由他们提供了新的实验装 中观察与测量纵模所用的He-Ne激光器的谐振腔置。新的实验装置克服了旧的实验系统中的问题 参数是已经确定的,从而其频谱结构也基本固定,每1、外腔镜曲率半径可调,他们提供了若干片曲率半 个学生观察到的频谱结构大致是相同的,学生无法径不同的腔镜2、利用背向光调光,后腔激光输出强 控制 度大大降低,对人眼没有任何伤害。改进后的激光 改进后本实验中谐振腔的参数是可变的,要求器学生可以随意练习,安全性方面得到了提高3、 学生自己设计腔长和反射镜的曲率半径(限于实验在背向光一侧,采用一段小的光具座,使腔长连续可 条件,反射镜的曲率半径只能提供几组固定值供选调,且易于调节,在移动输出镜前后位置时不影响激 择,不能连续变化),然后根据自己设计的参数,调节光输出。改进后的实验装置如图2所示 He-Ne激光器产生激光后,测量其纵模和横模特 性。这样每个学生观察到的频谱结构就不同了,学 生可以通过对腔型的设计(腔长、曲率),去改变并控 制激光模式和发散角。改进后的实验除了能满足原 来的实验要求外,更涉及了《激光原理》课程中谐振 10.°a 腔理论的一些基本知识,如共轴球面腔的稳定性条 件、开腔模式的物理概念等。由于需要学生自己设 计谐振腔参数和调节激光器,这就使得学生在该实 图2改进后的实验装置 验项目上有较大的探索空间,可以帮助学生掌握激 在新的实验装置下,学生调光方便,且安全性 光器谐振腔的设计方法,训练学生综合运用激光原高;每个人自己设计腔长与选择腔镜曲率半径然后 理基本知识设计、调试激光器的能力,老师只需要做进行纵模横模的测量根据测量结果求出腔长,与 适当的指导即可。 最初自己设计的谐振腔长度对比。 在2009年4月,学院组织了光学技能大赛,其 3仪器设备 中一项内容是HeNe激光器的调节。学生踊跃参 原来的实验系统所用仪器设备为天津某公司生加,经常练习,个别同学在不到1分钟的时间内完成 产的HeNe激光器模式分析实验装置,其中用来练调光,最短甚至达15秒。 习调光的半内腔HeNe激光器如图1所示(进行模 更重要的是,利用新的实验装置,可以在后腔使 式观察与测量的为另一台全内腔HeNe激光器图用光斑模式分析仪对激光横模进行分析,同时在前 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net反镜是安装在调节支架上的。调节支架能调节输出 镜与全反镜之间平行度 ,使激光器工作时处于输出 镜与全反镜相互平行且与放电管垂直的状态。 在半内腔结构的 He2Ne 激光器中 ,全反射镜与 毛细管、储气套等做成一体 ,并在出厂前已将全反射 镜与毛细管调至垂直 ,另一个输出镜则被安装在精 密二维调整架上 ,可灵活移动。通过调整激光管和 输出镜 ,使之产生激光。放电管前端用布儒斯特窗 口密封 ,最后得到线偏振光。调出激光后 ,用功率指 示计和扫描干涉仪观察和测量一系列光学参数。 2 实验改进方案 在旧的实验中 ,练习调光采用一个半内腔 He2 Ne 激光器 ,观察与测量纵模则采用一个内腔 He2 Ne 激光器 ,也就是说 ,后者所用的 He2Ne 激光器与 前者所用的 He2Ne 激光器是不同的。即传统实验 中观察与测量纵模所用的 He2Ne 激光器的谐振腔 参数是已经确定的 ,从而其频谱结构也基本固定 ,每 个学生观察到的频谱结构大致是相同的 ,学生无法 控制。 改进后 ,本实验中谐振腔的参数是可变的 ,要求 学生自己设计腔长和反射镜的曲率半径 (限于实验 条件 ,反射镜的曲率半径只能提供几组固定值供选 择 ,不能连续变化) ,然后根据自己设计的参数 ,调节 He2Ne 激光器产生激光后 ,测量其纵模和横模特 性。这样每个学生观察到的频谱结构就不同了 ,学 生可以通过对腔型的设计(腔长、曲率) ,去改变并控 制激光模式和发散角。改进后的实验除了能满足原 来的实验要求外 ,更涉及了《激光原理》课程中谐振 腔理论的一些基本知识 ,如共轴球面腔的稳定性条 件、开腔模式的物理概念等。由于需要学生自己设 计谐振腔参数和调节激光器 ,这就使得学生在该实 验项目上有较大的探索空间 ,可以帮助学生掌握激 光器谐振腔的设计方法 ,训练学生综合运用激光原 理基本知识设计、调试激光器的能力 ,老师只需要做 适当的指导即可。 3 仪器设备 原来的实验系统所用仪器设备为天津某公司生 产的 He2Ne 激光器模式分析实验装置 ,其中用来练 习调光的半内腔 He2Ne 激光器如图 1 所示(进行模 式观察与测量的为另一台全内腔 He2Ne 激光器 ,图 中未显示) 。该实验装置存在以下缺点 :1、腔镜的曲 率半径不能选择 ;2、调光只能在前输出镜端调整 ,眼 睛直视输出激光非常不安全 ,不利于学生反复练习 , 也不应该让学生在短时间内反复练习 ;3、调节架使 用不方便 ;4、腔长虽然可变化 ,但每变化一次 ,要重 新调光。 图 1 旧的实验装置 在提出实验改进方案后 ,与大恒新纪元科技股 份有限公司进行了交流 ,由他们提供了新的实验装 置。新的实验装置克服了旧的实验系统中的问题 : 1、外腔镜曲率半径可调 ,他们提供了若干片曲率半 径不同的腔镜 ;2、利用背向光调光 ,后腔激光输出强 度大大降低 ,对人眼没有任何伤害。改进后的激光 器 ,学生可以随意练习 ,安全性方面得到了提高 ;3、 在背向光一侧 ,采用一段小的光具座 ,使腔长连续可 调 ,且易于调节 ,在移动输出镜前后位置时不影响激 光输出。改进后的实验装置如图 2 所示。 图 2 改进后的实验装置 在新的实验装置下 ,学生调光方便 ,且安全性 高 ;每个人自己设计腔长与选择腔镜曲率半径 ,然后 进行纵模、横模的测量 ;根据测量结果求出腔长 ,与 最初自己设计的谐振腔长度对比。 在 2009 年 4 月 ,学院组织了光学技能大赛 ,其 中一项内容是 He2Ne 激光器的调节。学生踊跃参 加 ,经常练习 ,个别同学在不到 1 分钟的时间内完成 调光 ,最短甚至达 15 秒。 更重要的是 ,利用新的实验装置 ,可以在后腔使 用光斑模式分析仪对激光横模进行分析 ,同时在前 第 31 卷 增刊 电气电子教学学报 103