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激光实验报告 He-Ne激光器模式分析 一．实验目的与要求 目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。 要求：用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。 二．实验原理 1.激光模式的一般分析 由光学谐振腔理论可以知道，稳定腔的输出频率特性为： LCVmnq2[1q(m2n1)]cos-1[(1—1RL )(1—2RL )]1/2 (17) 其中：L—谐振腔长度； R1、R2—两球面反射镜的曲率半径； q—纵横序数； m、n—横模序数； η —腔内介质的折射率。 横模不同（m、n 不同），对应不同的横向光场分布（垂直于光轴方向），即有不同的光斑花样。但对于复杂的横模，目测则很困难。精确的方法是借助于仪器测量，本实验就是利用共焦扫描干涉仪来分析激光器输出的横模结构。 由（17）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为： )(12'':nmLCnmmncos-1[（1－1RL ）(1－2RL )]1/2 （18） 其中：Δm=m－m′；Δn=n－n′。对于相同的横模，不同纵模间的频差为 qLCqq2': 其中：Δq=q－q′，相邻两纵模的频差为 LCq2 （19） 由（18）、（19）式看出，稳定球面腔有如图2—1 的频谱。 （18）式除以（19）式得 cos)(1'':nmnmmnq-1[(1－1RL )(1－2RL )]1/2 （20） 设：qnmmn'': ； S=1 cos-1[(1－)]1)(21RLRL1/2 Δ 表示不同的两横模（比如υ 00 与υ 10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之比，于是（20）式可简写作： Snm)( （21） 只要我们能测出Δ，并通过产品说明书了解到 L、R1、R2（这些数据生产厂家常给出），那么就可以由（21）式求出（Δm+Δn）。如果我们选取 m=n=0 作为基准，那么便可以判断出横模序数 m、n。例如，我们通过测量和计算求得（Δm+Δn）=2，那么，激光器可能工作于υ 00、υ 10、υ 01、υ 11、υ 20、υ 02。 2 . 共焦球面扫描干涉仪的基本工作原理 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图2—2。反射镜的曲率半径 R1=R2=L。 图 2-2 由于反射镜的反射率相当高，注入腔内...