激光谐振腔 实验11激光谐振腔 自1960年激光器问世以来，作为一种新光源，激光器具有光束发散角小、亮度高、单色性和 相干性好的特点。He-Ne激光器是一种应用很广的典型激光器件，它是由(1)起光放大作用的工作 物质：（②）具有选频（或者说滤波）和正反馈作用的光学诺振腔：(3)激励能源等三部分组成。 激光模式的研究对激光器研制和激光应用技术都有很大意义。例如全息术要求应用基横模的 激光光源，干涉计量学还常要求激光输出为基横模且为单纵模，激光医学等领域则要求为多纵模、 多横模以尽可能增高激光器件的输出功率。 【实验目的】 1.学习光学谐振腔和He-Ne激光器输出激光模式的一些基本知识： 2.掌握激光调谐的原理和技巧： 3.运用下一P扫描干涉仪对He-Ne激光器的输出激光模式进行实验测量和分析。 【实验原理】 1.谐振腔和纵模频率 由两块互相平行的平面反射镜组成的平行平面腔是一种典 型的光学谐振腔，其示意图见图11.1。平行于轴线传播的平面 波A在两反射镜间经过偶数次反射后得到光波B、C、…,这些 光波和A叠加在一起，根据干涉现象的原理，光波A、B、C等 只有当它们的相位相同时才能互相加强，腔内才能发生“诺 图11.1平行平而腔示意图 振”，最后才能形成激光。设谐振腔长度为L,腔内工作物质的折射率为μ，光波的频率为v,相应 的真空中波长为入-cy,式中c是真空中的光速。工作物质中的波长为入-c/uw,于是可得 平行平面腔的谐振条件为 L-N-N (11.1) 式中N是正整数。式(11.1)也可写成 v-N2L (11.2) 在工作物质的增益及腔镜反射率都不随频率改变的理想情况下，只考虑谐振腔的正反馈（靠反射 镜实现)及谐振选频作用，由式(11.2)可得到如图11.2()所示的一系列等间隔的频谱线。每 种谐振频率的光振荡称为一种模式。图11.2（）中相邻两谱线频率间隔△v由谐振腔参数儿决 定，其关系为 Av=2品 (11.3) 81 激光谐振腔 81 实验 11 激光谐振腔 自 1960 年激光器问世以来，作为一种新光源，激光器具有光束发散角小、亮度高、单色性和 相干性好的特点。He-Ne 激光器是一种应用很广的典型激光器件，它是由(1)起光放大作用的工作 物质；(2)具有选频(或者说滤波)和正反馈作用的光学谐振腔；(3)激励能源等三部分组成。 激光模式的研究对激光器研制和激光应用技术都有很大意义。例如全息术要求应用基横模的 激光光源，干涉计量学还常要求激光输出为基横模且为单纵模，激光医学等领域则要求为多纵模、 多横模以尽可能增高激光器件的输出功率。 【实验目的】 1. 学习光学谐振腔和 He-Ne 激光器输出激光模式的一些基本知识； 2. 掌握激光调谐的原理和技巧； 3. 运用 F—P 扫描干涉仪对 He-Ne 激光器的输出激光模式进行实验测量和分析。 【实验原理】 1. 谐振腔和纵模频率 由两块互相平行的平面反射镜组成的平行平面腔是一种典 型的光学谐振腔，其示意图见图 11.1。平行于轴线传播的平面 波 A 在两反射镜间经过偶数次反射后得到光波 B、C、…，这些 光波和 A 叠加在一起，根据干涉现象的原理，光波 A、B、C 等 只有当它们的相位相同时才能互相加强，腔内才能发生“谐 振”，最后才能形成激光。设谐振腔长度为 L，腔内工作物质的折射率为µ,光波的频率为ν，相应 的真空中波长为 λ0 = c /ν ，式中 c 是真空中的光速。工作物质中的波长为 λ = c / µυ ，于是可得 平行平面腔的谐振条件为 µ λ λ 2 2 0 L = N = N (11.1) 式中 N 是正整数。式(11.1)也可写成 L c N µ ν 2 = (11.2) 在工作物质的增益及腔镜反射率都不随频率改变的理想情况下，只考虑谐振腔的正反馈（靠反射 镜实现）及谐振选频作用，由式(11.2)可得到如图 11.2(a)所示的一系列等间隔的频谱线。每一 种谐振频率的光振荡称为一种模式。图 11.2(a)中相邻两谱线频率间隔 Δν 由谐振腔参数 µL 决 定，其关系为 L c µ ν 2 Δ = (11.3) 图 11.1 平行平面腔示意图