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包郵 光電信息專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教程
作者：滕樹(shù)云，劉春香
開(kāi)本：
B5
頁(yè)數(shù)：
176
本類(lèi)榜單：工業(yè)技術(shù)銷(xiāo)量榜
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光電信息專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教程 版權(quán)信息
- ISBN：9787030732866
- 條形碼：9787030732866 ; 978-7-03-073286-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類(lèi)：>
光電信息專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教程 本書(shū)特色
本書(shū)力求簡(jiǎn)明扼要、圖文并茂、清晰易懂，符合光電信息及相關(guān)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)體系和能力培養(yǎng)的要求
光電信息專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教程 內(nèi)容簡(jiǎn)介
光電信息專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教程由兩大部分組成。**部分為光電技術(shù)基本原理，包括激光原理、光通信原理和光電器件與能量系統(tǒng)的應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。第二部分為光電技術(shù)應(yīng)用，包括光電信息處理技術(shù)、激光加工技術(shù)和光電探測(cè)技術(shù)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)型和應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)到綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使學(xué)生掌握光電信息方面的基本知識(shí)以及各種相關(guān)器件的結(jié)構(gòu)、原理與應(yīng)用。通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作和技能、通過(guò)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
光電信息專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教程 目錄
目錄
前言
第1章 激光原理 1
1.1 氣體激光器與激光模式分析 1
1.1.1 氣體激光器 1
1.1.2 He-Ne激光器的裝配與調(diào)試實(shí)驗(yàn) 2
1.1.3 He-Ne激光器的激光輸出模式分析實(shí)驗(yàn) 4
1.2 半導(dǎo)體泵浦固體激光器的工作原理 8
1.2.1 固體激光器 8
1.2.2 半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器的泵浦耦合實(shí)驗(yàn) 10
1.2.3 光學(xué)倍頻實(shí)驗(yàn) 12
1.3 電光調(diào)Q激光器的工作原理 15
1.3.1 激光調(diào)Q技術(shù) 15
1.3.2 激光泵浦源 17
1.3.3 燈泵Nd:YAG晶體電光調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn) 18
1.3.4 半導(dǎo)體激光泵浦Nd:YAG晶體被動(dòng)調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn) 20
1.4 聲光調(diào)制鎖模激光器的工作原理 22
1.4.1 激光鎖模技術(shù) 22
1.4.2 聲光調(diào)制鎖模技術(shù) 25
1.4.3 聲光調(diào)制鎖模激光器的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 26
第2章 光通信原理 29
2.1 電光調(diào)制與聲光調(diào)制 29
2.1.1 光學(xué)調(diào)制 29
2.1.2 電光調(diào)制實(shí)驗(yàn) 31
2.1.3 聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn) 35
2.2 光纖傳輸與光纖傳感 39
2.2.1 光纖及其傳輸特性 39
2.2.2 光纖傳輸損耗與耦合系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 40
2.2.3 光纖壓力傳感和溫度傳感實(shí)驗(yàn) 43
2.3 光通信與波分復(fù)用 46
2.3.1 光通信與波分復(fù)用技術(shù) 46
2.3.2 波分復(fù)用與信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證 47
2.3.3 分插復(fù)用與信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證 50
第3章 光電轉(zhuǎn)換原理 54
3.1 光敏電阻與可控電位器 54
3.1.1 光電效應(yīng) 54
3.1.2 光敏電阻工作特性實(shí)驗(yàn) 55
3.1.3 光敏電阻與可控電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 57
3.2 CCD驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)采集原理 60
3.2.1 光電探測(cè)技術(shù) 60
3.2.2 線(xiàn)陣CCD的工作原理實(shí)驗(yàn) 62
3.2.3 線(xiàn)陣CCD的A/D數(shù)據(jù)采集 65
3.2.4 線(xiàn)陣CCD輸出信號(hào)的二值化 68
3.3 太陽(yáng)能電池與光電能量轉(zhuǎn)換 70
3.3.1 太陽(yáng)能的利用 70
3.3.2 太陽(yáng)能電池特性測(cè)量 72
3.3.3 太陽(yáng)能電池控制器功能測(cè)量 75
3.3.4 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)搭建與實(shí)驗(yàn)測(cè)量 79
第4章 光信息處理技術(shù)應(yīng)用 84
4.1 光學(xué)圖像的加減 84
4.1.1 光學(xué)信息處理技術(shù) 84
4.1.2 透鏡的傅里葉變換性質(zhì) 85
4.1.3 光學(xué)圖像的加減實(shí)驗(yàn) 86
4.2 聯(lián)合傅里葉變換相關(guān)圖像識(shí)別 89
4.2.1 圖像識(shí)別技術(shù) 89
4.2.2 聯(lián)合傅里葉變換相關(guān)的物理基礎(chǔ) 91
4.2.3 聯(lián)合相關(guān)字符識(shí)別的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 93
4.3 頻域調(diào)制假彩色編碼 96
4.3.1 彩色編碼技術(shù) 96
4.3.2 假彩色編碼 97
4.3.3 ??調(diào)制假彩色編碼的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 98
4.4 計(jì)算與數(shù)字全息 101
4.4.1 光學(xué)全息技術(shù) 101
4.4.2 計(jì)算全息原理 102
4.4.3 計(jì)算全息的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 105
4.5 體全息光學(xué)存儲(chǔ) 107
4.5.1 光學(xué)信息存儲(chǔ)技術(shù) 107
4.5.2 晶體的光折變效應(yīng) 108
4.5.3 角度復(fù)用的光學(xué)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn) 109
第5章 光電探測(cè)技術(shù)應(yīng)用 114
5.1 四象限探測(cè)器與光電定向 114
5.1.1 光電定向技術(shù) 114
5.1.2 四象限光電探測(cè)原理 115
5.1.3 四象限光電定向?qū)嶒?yàn)測(cè)量 116
5.2 相位調(diào)制與波片檢測(cè) 121
5.2.1 相位調(diào)制技術(shù) 121
5.2.2 相位補(bǔ)償原理 122
5.2.3 波片檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 123
5.3 條紋投影三維面形測(cè)量 126
5.3.1 三維面形測(cè)量技術(shù) 126
5.3.2 條紋投影三維面形測(cè)量原理 127
5.3.3 定步長(zhǎng)相移法三維面形實(shí)驗(yàn)測(cè)量 129
5.4 電子散斑干涉計(jì)量 133
5.4.1 光學(xué)干涉計(jì)量技術(shù) 133
5.4.2 散斑干涉計(jì)量技術(shù) 134
5.4.3 電子散斑干涉的離面位移實(shí)驗(yàn)測(cè)量 137
第6章 激光加工與工程實(shí)訓(xùn) 140
6.1 激光打標(biāo) 140
6.1.1 激光加工技術(shù) 140
6.1.2 激光打標(biāo)技術(shù) 141
6.1.3 激光打標(biāo)實(shí)驗(yàn) 142
6.2 激光光刻 145
6.2.1 激光光刻技術(shù) 145
6.2.2 激光全息光刻技術(shù) 146
6.2.3 點(diǎn)矩陣全息圖的光刻實(shí)驗(yàn) 147
6.3 視光學(xué)與眼鏡配置 150
6.3.1 眼睛的光學(xué)特性 150
6.3.2 視力檢測(cè)與屈光測(cè)量 151
6.3.3 鏡片的磨制與眼鏡的裝配實(shí)驗(yàn) 153
6.4 液晶電光效應(yīng)與液晶盒的制備 156
6.4.1 液晶及其電光效應(yīng) 156
6.4.2 扭曲向列型液晶盒的制備實(shí)驗(yàn) 158
6.4.3 扭曲向列型液晶光開(kāi)關(guān)的電光特性測(cè)量 161
參考文獻(xiàn) 165
前言
第1章 激光原理 1
1.1 氣體激光器與激光模式分析 1
1.1.1 氣體激光器 1
1.1.2 He-Ne激光器的裝配與調(diào)試實(shí)驗(yàn) 2
1.1.3 He-Ne激光器的激光輸出模式分析實(shí)驗(yàn) 4
1.2 半導(dǎo)體泵浦固體激光器的工作原理 8
1.2.1 固體激光器 8
1.2.2 半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器的泵浦耦合實(shí)驗(yàn) 10
1.2.3 光學(xué)倍頻實(shí)驗(yàn) 12
1.3 電光調(diào)Q激光器的工作原理 15
1.3.1 激光調(diào)Q技術(shù) 15
1.3.2 激光泵浦源 17
1.3.3 燈泵Nd:YAG晶體電光調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn) 18
1.3.4 半導(dǎo)體激光泵浦Nd:YAG晶體被動(dòng)調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn) 20
1.4 聲光調(diào)制鎖模激光器的工作原理 22
1.4.1 激光鎖模技術(shù) 22
1.4.2 聲光調(diào)制鎖模技術(shù) 25
1.4.3 聲光調(diào)制鎖模激光器的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 26
第2章 光通信原理 29
2.1 電光調(diào)制與聲光調(diào)制 29
2.1.1 光學(xué)調(diào)制 29
2.1.2 電光調(diào)制實(shí)驗(yàn) 31
2.1.3 聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn) 35
2.2 光纖傳輸與光纖傳感 39
2.2.1 光纖及其傳輸特性 39
2.2.2 光纖傳輸損耗與耦合系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 40
2.2.3 光纖壓力傳感和溫度傳感實(shí)驗(yàn) 43
2.3 光通信與波分復(fù)用 46
2.3.1 光通信與波分復(fù)用技術(shù) 46
2.3.2 波分復(fù)用與信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證 47
2.3.3 分插復(fù)用與信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證 50
第3章 光電轉(zhuǎn)換原理 54
3.1 光敏電阻與可控電位器 54
3.1.1 光電效應(yīng) 54
3.1.2 光敏電阻工作特性實(shí)驗(yàn) 55
3.1.3 光敏電阻與可控電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 57
3.2 CCD驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)采集原理 60
3.2.1 光電探測(cè)技術(shù) 60
3.2.2 線(xiàn)陣CCD的工作原理實(shí)驗(yàn) 62
3.2.3 線(xiàn)陣CCD的A/D數(shù)據(jù)采集 65
3.2.4 線(xiàn)陣CCD輸出信號(hào)的二值化 68
3.3 太陽(yáng)能電池與光電能量轉(zhuǎn)換 70
3.3.1 太陽(yáng)能的利用 70
3.3.2 太陽(yáng)能電池特性測(cè)量 72
3.3.3 太陽(yáng)能電池控制器功能測(cè)量 75
3.3.4 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)搭建與實(shí)驗(yàn)測(cè)量 79
第4章 光信息處理技術(shù)應(yīng)用 84
4.1 光學(xué)圖像的加減 84
4.1.1 光學(xué)信息處理技術(shù) 84
4.1.2 透鏡的傅里葉變換性質(zhì) 85
4.1.3 光學(xué)圖像的加減實(shí)驗(yàn) 86
4.2 聯(lián)合傅里葉變換相關(guān)圖像識(shí)別 89
4.2.1 圖像識(shí)別技術(shù) 89
4.2.2 聯(lián)合傅里葉變換相關(guān)的物理基礎(chǔ) 91
4.2.3 聯(lián)合相關(guān)字符識(shí)別的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 93
4.3 頻域調(diào)制假彩色編碼 96
4.3.1 彩色編碼技術(shù) 96
4.3.2 假彩色編碼 97
4.3.3 ??調(diào)制假彩色編碼的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 98
4.4 計(jì)算與數(shù)字全息 101
4.4.1 光學(xué)全息技術(shù) 101
4.4.2 計(jì)算全息原理 102
4.4.3 計(jì)算全息的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 105
4.5 體全息光學(xué)存儲(chǔ) 107
4.5.1 光學(xué)信息存儲(chǔ)技術(shù) 107
4.5.2 晶體的光折變效應(yīng) 108
4.5.3 角度復(fù)用的光學(xué)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn) 109
第5章 光電探測(cè)技術(shù)應(yīng)用 114
5.1 四象限探測(cè)器與光電定向 114
5.1.1 光電定向技術(shù) 114
5.1.2 四象限光電探測(cè)原理 115
5.1.3 四象限光電定向?qū)嶒?yàn)測(cè)量 116
5.2 相位調(diào)制與波片檢測(cè) 121
5.2.1 相位調(diào)制技術(shù) 121
5.2.2 相位補(bǔ)償原理 122
5.2.3 波片檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量 123
5.3 條紋投影三維面形測(cè)量 126
5.3.1 三維面形測(cè)量技術(shù) 126
5.3.2 條紋投影三維面形測(cè)量原理 127
5.3.3 定步長(zhǎng)相移法三維面形實(shí)驗(yàn)測(cè)量 129
5.4 電子散斑干涉計(jì)量 133
5.4.1 光學(xué)干涉計(jì)量技術(shù) 133
5.4.2 散斑干涉計(jì)量技術(shù) 134
5.4.3 電子散斑干涉的離面位移實(shí)驗(yàn)測(cè)量 137
第6章 激光加工與工程實(shí)訓(xùn) 140
6.1 激光打標(biāo) 140
6.1.1 激光加工技術(shù) 140
6.1.2 激光打標(biāo)技術(shù) 141
6.1.3 激光打標(biāo)實(shí)驗(yàn) 142
6.2 激光光刻 145
6.2.1 激光光刻技術(shù) 145
6.2.2 激光全息光刻技術(shù) 146
6.2.3 點(diǎn)矩陣全息圖的光刻實(shí)驗(yàn) 147
6.3 視光學(xué)與眼鏡配置 150
6.3.1 眼睛的光學(xué)特性 150
6.3.2 視力檢測(cè)與屈光測(cè)量 151
6.3.3 鏡片的磨制與眼鏡的裝配實(shí)驗(yàn) 153
6.4 液晶電光效應(yīng)與液晶盒的制備 156
6.4.1 液晶及其電光效應(yīng) 156
6.4.2 扭曲向列型液晶盒的制備實(shí)驗(yàn) 158
6.4.3 扭曲向列型液晶光開(kāi)關(guān)的電光特性測(cè)量 161
參考文獻(xiàn) 165
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光電信息專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教程 節(jié)選
第1章 激光原理 1.1 氣體激光器與激光模式分析 1.1.1 氣體激光器 激光器利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射，激光器產(chǎn)生的激光在時(shí)間、空間上相位同步，因而相對(duì)于非相干光源，激光單色性好，亮度高。可以說(shuō)，高功率激光的出現(xiàn)是光學(xué)、光譜學(xué)、電子學(xué)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，對(duì)科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大和深遠(yuǎn)的影響。激光的出現(xiàn)導(dǎo)致了激光物理學(xué)、非線(xiàn)性光學(xué)、半導(dǎo)體光電子學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)和相干光學(xué)等一系列新學(xué)科的涌現(xiàn)。激光的實(shí)際應(yīng)用已涵蓋長(zhǎng)距離通信、光學(xué)雷達(dá)、光學(xué)加工、醫(yī)療、測(cè)量等諸多領(lǐng)域。 激光的理論基礎(chǔ)是愛(ài)因斯坦發(fā)表的《關(guān)于輻射的量子理論》。該論文揭示了光與物質(zhì)相互作用的本質(zhì)，提出光的受激輻射光放大的概念，指明了獲得激光的途徑。通常情況下，粒子在各能態(tài)上的分布滿(mǎn)足玻爾茲曼分布規(guī)律，即能態(tài)上的粒子數(shù)隨著能量的升高按照指數(shù)規(guī)律衰減。泵浦源給激光工作物質(zhì)提供能量，使處于基態(tài)的粒子獲得能量被抽運(yùn)到較高能量的激發(fā)態(tài)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，方可產(chǎn)生受激輻射躍遷。泵浦源的泵浦方式主要有用強(qiáng)光或激光束直接照射工作物質(zhì)的光激勵(lì)方式、用氣體放電中的快速電子直接轟擊或共振能量轉(zhuǎn)移的氣體輝光放電或高頻放電方式、直接電子注入實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的直接電子注入方式和通過(guò)化學(xué)反應(yīng)釋放能量的化學(xué)反應(yīng)方式。 在工作物質(zhì)中，高低能級(jí)間的受激輻射躍遷產(chǎn)生的光可沿著任意方向傳輸，這勢(shì)必影響激光的頻率、功率、發(fā)散角及相干性。因此為了減少振蕩模式數(shù)，需要將工作物質(zhì)放入諧振腔中。常見(jiàn)的諧振腔由一對(duì)反射鏡構(gòu)成，腔長(zhǎng)和反射鏡的曲率決定了諧振頻率和激光輸出的穩(wěn)定性。一個(gè)完整的激光器由光學(xué)諧振腔、工作物質(zhì)以及激勵(lì)系統(tǒng)或泵浦源構(gòu)成。根據(jù)激光物質(zhì)的不同，激光器可分為固體激光器、液體激光器和氣體激光器。固體激光器是以固體為工作物質(zhì)，半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體為工作物質(zhì)，而液體激光器則是以液體為工作物質(zhì)。 氣體激光器是利用氣體作為工作物質(zhì)產(chǎn)生激光的器件。它由放電管內(nèi)的激活氣體、一對(duì)反射鏡構(gòu)成的諧振腔和激勵(lì)源組成。在適當(dāng)放電條件下，利用電子碰撞激發(fā)或者能量轉(zhuǎn)移激發(fā)，氣體粒子有選擇性地被激發(fā)到某高能級(jí)上，從而形成與某低能級(jí)間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生受激發(fā)射躍遷。氣體激光器的工作物質(zhì)包括氣體原子、分子、準(zhǔn)分子和離子在內(nèi)的氣體或蒸氣等。**臺(tái)氣體激光器是以氦氖混合氣體為工作物質(zhì)，它獲得了1.15m紅外光連續(xù)振蕩輸出。 光輻射可以是電子能級(jí)之間、振動(dòng)能級(jí)之間和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的電子躍遷產(chǎn)生，所以氣體激光器有原子激光器、離子激光器和分子氣體激光器等多種類(lèi)型。常用的氣體激光器有氦氖激光器、氬離子激光器、二氧化碳激光器、氮分子激光器、準(zhǔn)分子激光器和金屬蒸氣激光器等。氦氖（He-Ne）激光器是典型的原子激光器，也是目前應(yīng)用*廣泛的激光器。He-Ne激光器的激光譜線(xiàn)由原子能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生。二氧化碳（CO2）激光器是典型的分子激光器，其主要特點(diǎn)是輸出功率大。這類(lèi)激光器的連續(xù)輸出功率已超過(guò)幾十萬(wàn)瓦，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)39%，并且輸出波長(zhǎng)10.6m正好處于大氣窗口，大氣吸收較小，這對(duì)于激光在大氣通信中的應(yīng)用極為有利。CO2激光器的激光譜線(xiàn)由分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生。氬離子激光器是典型的離子激光器，可輸出波長(zhǎng)為488nm和514.5nm的藍(lán)綠可見(jiàn)光，此類(lèi)激光器非常適合信息的存儲(chǔ)和探測(cè)。 1.1.2 He-Ne激光器的裝配與調(diào)試實(shí)驗(yàn) 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）了解氣體激光器的工作原理。 （2）掌握激光諧振腔的調(diào)節(jié)方法。 （3）能靈活調(diào)試和裝配He-Ne激光器。 2.實(shí)驗(yàn)原理 密封在玻璃管里的氦氣和氖氣組成He-Ne激光器的工作物質(zhì)，輸出鏡與全反鏡組成光學(xué)諧振腔。毛細(xì)管內(nèi)按一定氣壓充以適當(dāng)比例的氦和氖混合氣體形成He-Ne激光器的增益介質(zhì)。在電流激勵(lì)下，快速電子把自身的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為Ne原子的激發(fā)能。純Ne原子通過(guò)電子激勵(lì)，可產(chǎn)生粒子束反轉(zhuǎn)，但增益非常小，輸出功率僅為微瓦量級(jí)。當(dāng)放電管內(nèi)加入He原子時(shí)，混合氣體在電流激勵(lì)下可大大提高Ne原子的粒子束反轉(zhuǎn)程度，輸出功率明顯增大。圖1.1.1給出了He原子和Ne原子的部分能級(jí)圖，左邊為He原子的能級(jí)圖，右邊為Ne原子的能級(jí)圖。 由圖1.1.1不難發(fā)現(xiàn)，Ne原子的3s能級(jí)與He原子的亞穩(wěn)態(tài)21S0能級(jí)非常接近，它們都可以通過(guò)電子激發(fā)方式由基態(tài)激發(fā)獲得，并且兩者的能量可以共振轉(zhuǎn)移，因此亞穩(wěn)態(tài)的He原子起到了轉(zhuǎn)移電子能量的媒介作用，而Ne原子則是獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的主要激發(fā)機(jī)制。Ne原子在可見(jiàn)和紅外區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生許多條激光譜線(xiàn)，*重要的是632.8nm、1.15m和3.39m三條原子光譜。當(dāng)然不同的譜線(xiàn)之間存在強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，為了獲取其中一個(gè)波長(zhǎng)的增益而抑制其他波長(zhǎng)，常在腔內(nèi)放置棱鏡，利用棱鏡色散使其他譜線(xiàn)失諧，或者沿放電管方向加上不均勻的磁場(chǎng)也可使其他譜線(xiàn)增寬而降低增益。 介質(zhì)增益與毛細(xì)管長(zhǎng)度、內(nèi)徑粗細(xì)、兩種氣體的比例、總氣壓以及放電電流等因素有關(guān)。諧振腔的腔長(zhǎng)要滿(mǎn)足頻率的駐波條件，諧振腔鏡的曲率半徑要滿(mǎn)足腔的穩(wěn)定條件。只有諧振腔的損耗小于介質(zhì)的增益時(shí)才能建立激光振蕩。內(nèi)腔式He-Ne激光器的腔鏡封裝在激光管兩端，而外腔式He-Ne激光器的激光管、輸出鏡及全反鏡是安裝在調(diào)節(jié)支架上的。調(diào)節(jié)支架能調(diào)節(jié)輸出鏡與全反鏡之間的平行度，激光器工作時(shí)輸出鏡與全反鏡相互平行且與放電管垂直。圖1.1.2給出了外腔式He-Ne激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。在激光管的陰極、陽(yáng)極上加上直流電源，放電管中的氦和氖混合氣體便可實(shí)現(xiàn)受激輻射。為防止激光管在放電時(shí)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，常在陰極和陽(yáng)極上串接鎮(zhèn)流電阻。此外，為了獲得線(xiàn)偏振光輸出，常在放電管的兩端放置布儒斯特窗。 3.實(shí)驗(yàn)儀器 He-Ne激光器的調(diào)試實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)儀器包括充有氦和氖混合氣體的放電管、激光直流電源、布儒斯特窗、兩腔鏡、鏡片壓圈、激光管可調(diào)節(jié)支架、功率計(jì)、螺絲刀、十字叉絲板和偏振片等。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.1.2所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先松開(kāi)調(diào)節(jié)支架的螺絲，將放電管放置在調(diào)節(jié)架上，用螺絲固定并調(diào)整放電管使其水平。然后放入兩腔鏡，用鏡片壓圈固定。打開(kāi)電源出光后放置布儒斯特窗。 4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1）He-Ne激光器的裝配 可用十字叉絲法將He-Ne激光器的輸出鏡與全反鏡調(diào)至平行。首先將充有氦和氖混合氣體的放電管放在可調(diào)節(jié)支架上，固定放電管調(diào)直游絲，將激光管的陰極和陽(yáng)極與激光電源相連。將帶有小孔的十字叉絲板放置在激光器的后端，打開(kāi)He-Ne激光器電源，使放電管處在工作狀態(tài)。放置前腔鏡和后腔鏡，調(diào)節(jié)放電管調(diào)直游絲，用眼睛在十字叉絲板背后通過(guò)小孔觀(guān)察放電管，可看到放電管內(nèi)的亮白點(diǎn)，調(diào)節(jié)十字叉絲板高度和左右位置，使亮白點(diǎn)與出光孔同心，固定十字叉絲板。 2）He-Ne激光器的調(diào)試 用白熾燈照射十字叉絲板，在十字叉絲板背后通過(guò)小孔觀(guān)察放電管和十字叉絲板的反射像，調(diào)節(jié)諧振腔鏡螺絲的調(diào)節(jié)旋鈕，使十字叉絲中心與亮白點(diǎn)以及出光孔同心即可出光。用功率計(jì)測(cè)量激光輸出，同時(shí)調(diào)節(jié)激光器后端的全反鏡調(diào)節(jié)旋鈕，使激光輸出*大。在放電管的兩端放置布儒斯特窗，借助偏振片，觀(guān)察并記錄輸出的激光偏振態(tài)。激光調(diào)試完畢后，蓋好防塵外殼。 1.1.3 He-Ne激光器的激光輸出模式分析實(shí)驗(yàn) 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）理解He-Ne激光器的激光輸出模式。 （2）掌握激光模式分析和測(cè)量方法。 （3）靈活運(yùn)用法布里-珀羅（F-P）掃描干涉儀測(cè)量激光參數(shù)。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 激光器的增益介質(zhì)在某種激勵(lì)方式下可在高低能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，進(jìn)而產(chǎn)生激光輻射光譜。然而由于能級(jí)有一定寬度以及自發(fā)輻射和受激輻射的作用，粒子在諧振腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)還受多種因素的影響，實(shí)際激光器輸出的光譜寬度是由自然增寬、碰撞增寬和多普勒增寬疊加而成，因此輸出光不是單一頻率的。不同類(lèi)型的激光器因工作條件不同，上述影響有主次之分，例如低氣壓、小功率的He-Ne激光器輸出的632.8nm譜線(xiàn)則以多普勒增寬為主，增寬線(xiàn)型基本呈高斯函數(shù)分布，寬度約為1500MHz。只有頻率落在展寬范圍內(nèi)的光在介質(zhì)中傳播時(shí)，光強(qiáng)將獲得不同程度的放大，但只有單程放大還不足以產(chǎn)生激光。此時(shí)需要諧振腔對(duì)它進(jìn)行光學(xué)反饋，使一定頻率的光波在諧振腔中多次往返傳播才能形成穩(wěn)定持續(xù)的振蕩。因此只有頻率滿(mǎn)足諧振條件的激光方可從激光器中出射。 激光諧振腔理論證明方形孔徑穩(wěn)定球面腔輸出模式的諧振頻率為 （1.1.1） 而圓形孔徑的穩(wěn)定球面腔輸出模式的諧振頻率為 （1.1.2） 以上兩式中，，和為諧振腔的兩個(gè)反射鏡的曲率半徑，L是諧振腔腔長(zhǎng)，c是真空中的光速，??是增益介質(zhì)折射率，m、n和q均為正整數(shù)。對(duì)于氣體激光器來(lái)講，增益介質(zhì)折射率??近似為1。每一個(gè)q對(duì)應(yīng)一種縱模，因此q稱(chēng)作縱模序數(shù)。由以上兩式不難看出，相鄰兩個(gè)縱模的頻率間隔為 （1.1.3） 顯然相鄰縱模頻率間隔和激光器的腔長(zhǎng)成反比。諧振腔越長(zhǎng)，縱模的頻率間隔越小，滿(mǎn)足振蕩條件的縱模個(gè)數(shù)也越多。相反地，諧振腔越短，縱模的頻率間隔越大，在同樣的增寬曲線(xiàn)范圍內(nèi)，縱模個(gè)數(shù)就越少，因而短腔長(zhǎng)的激光器可獲得單縱模輸出。 由公式（1.1.1）和（1.1.2）還可以看出，激光器的輸出頻率還與兩整數(shù)m和n有關(guān)，這兩個(gè)整數(shù)對(duì)應(yīng)激光的橫模。光每經(jīng)過(guò)放電毛細(xì)管反饋一次就相當(dāng)于一次衍射，多次反復(fù)衍射就在橫向同一波腹處形成一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定的干涉光斑。每一個(gè)衍射光斑對(duì)應(yīng)一種穩(wěn)定的橫向電磁場(chǎng)分布。激光器輸出的橫向電磁場(chǎng)可標(biāo)記為T(mén)EMmn。激光器產(chǎn)生的橫模個(gè)數(shù)與增益、放電毛細(xì)管的粗細(xì)以及腔內(nèi)損耗等有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，放電管直徑越大出現(xiàn)的橫模個(gè)數(shù)就越多。橫模序數(shù)越高，衍射損耗越大。當(dāng)然橫模序數(shù)越大，諧振頻率越高。 結(jié)合縱模序數(shù)不難確定方形孔徑穩(wěn)定球面腔內(nèi)不同的橫模間的頻率差滿(mǎn)足 （1.1.4） 從上式可以看出，相鄰的橫模頻率間隔與縱模頻率間隔的比值是一個(gè)分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)的大小由激光器的腔長(zhǎng)和曲率半徑?jīng)Q定。腔長(zhǎng)與曲率半徑的比值越大，分?jǐn)?shù)值越大。當(dāng)腔長(zhǎng)等于曲率半徑時(shí)，即L =R1=R2，分?jǐn)?shù)值達(dá)到極大，此時(shí)諧振腔為共焦腔。圖1.1.3給出了方形鏡共焦腔和圓形鏡共焦腔不同橫模的強(qiáng)度圖樣。 圖1.1.3 激光器的橫模模式 圖1.1.3（a）是方形鏡共焦腔橫模的強(qiáng)度圖樣，m是沿x軸場(chǎng)強(qiáng)為零的節(jié)線(xiàn)數(shù)，n是沿y軸場(chǎng)強(qiáng)為零的節(jié)線(xiàn)數(shù)，圖1.1.3（b）是圓形鏡共焦腔橫模的強(qiáng)度圖樣，m是沿輻角方向的節(jié)線(xiàn)數(shù)目，n是沿徑向r方向的節(jié)線(xiàn)數(shù)目。 圖1.1.4給出了輸出頻率和縱模的頻譜圖關(guān)系。頻譜圖中可能看到不同的m和n值以及它們的差值m和n。對(duì)于相同的m+n值，其中m或n可以取不同的值，q值改變1對(duì)應(yīng)的頻率相同。圖中給出了橫模的一個(gè)或幾個(gè)單一態(tài)圖形的組合疊加圖。根據(jù)頻譜圖、橫模的個(gè)數(shù)及彼此強(qiáng)度關(guān)系能準(zhǔn)確地定位每個(gè)橫模的m和n值。
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