He-Ne激光器谐振腔调整及纵横模观测 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， 图 2-1 粒子数反转分布 生激光还需要有谐振要产腔对其进行光学反馈，使光在多次往返传播中形成稳定、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 qqL2 （2-1） 式中， 为折射率，对气体 ≈1；L 为腔长；q 为正整数。这正是光波相干的极大条件，满足此条件的光将获得极大增强。每一个 q 对应纵向一种稳定的电磁场分布，叫作一个纵模，q 称作纵模序数。q 是一个很大的数，通常我们不 图 2-2 光的增益曲线 需要知道它的数值，而关心的是有几个不同的 q 值，即激光器有几个不同的纵模。从（2-1）式中，我们...
