专利名称：一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，属于氦氖激光实验装置技术领域。
背景技术：
激光相对于一般光源具有单色性好的优点，即谱线宽度很小。这样窄的谱线宽是原子受激辐射后经过谐振腔等多种机制的共同作用和相互干涉，最后形成的一个或者多个稳定、精细的谱线，这些谱线就是激光的模。每个激光模式对应着一种稳定的电磁场分布，具有一定的光频率。从与光输出的方向平行(纵向)和垂直(横向)两个角度去分析激光模式，激光模式可分别称为纵模和横模。
对于激光纵模，清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室和北京拓达激光器械有限责任公司联合制造的JX-1型氦氖激光器频率分裂、偏振及模竞争教学实验系统已经成功实现了纵模及其偏振状态的观察以及纵模分裂和模竞争的演示。但是对于激光横模，现在还没有一套完整的实验系统能够实现丰富多彩的激光横模观察和分析。
本发明采用半外腔He-Ne激光器，利用由分立的凸透镜和凹面镜组成的猫眼逆向器构成损耗可调激光谐振腔，通过调节猫眼逆向器改变了激光谐振腔的损耗比，实现改变激光横模状态的作用。利用CCD进行图像采集，计算机实现图像存储。
发明内容
本发明的目的是建立一套横模观察和分析实验系统，通过调节激光谐振腔损耗来改变激光横模状态，通过观察系统实现横模的观察和记录。
一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，由半外腔He-Ne激光管、凸透镜及其夹持调节装置、凹面镜及其夹持调节装置、CCD图像采集系统、计算机组成，依次为计算机，CCD图像采集系统，半外腔He-Ne激光管，凸透镜及其夹持调节装置，凹面镜及其夹持调节装置；所述半外腔He-Ne激光管由氦氖放电激光管、毛细管、位于该激光管一侧的反射镜以及与所述激光管一侧的管脖相连的增透窗片组成。
凸透镜及其夹持调节装置和凹面镜及其夹持调节装置中的凸透镜的焦距等于凹面镜的曲率半径，并等于两装置之间的距离，组成猫眼逆向器；
猫眼逆向器由分立的凸透镜和凹面镜组成。凸透镜的焦距等于凹面镜的曲率半径，并等于两者之间的距离。凸透镜放置在凸透镜槽中，并固定在二维透镜支架上，二维透镜支架实现凸透镜在垂直于光轴平面上的角度调节，同时二维透镜支架通过支杆套筒高度调节装置固定在二维工作台上，支杆套筒高度调节装置实现高度调节，同时通过调节二维工作台可以实现凸透镜的沿光轴方向的移动和垂直于轴向的移动，从而改变凸透镜和凹面镜之间的间距和正对位置；凹面镜放置在凹面镜槽中，并固定在二维透镜支架上，二维透镜支架通过支杆套筒高度调节装置固定在二维工作台上，支杆套筒调节装置实现高度调节，同时通过调节二维工作台可以实现凹面镜的沿光轴方向的移动和垂直于轴向的移动，从而改变凸透镜和凹面镜之间的间距和正对位置。可以同时通过调节凹面镜和凸透镜的状态，也可以固定其中一者的状态，调节另一者状态，以达到改变两者相对位置的目的。通过调节两分立元件之间的间距，两者的俯仰状态，两者垂直于光束方向的位置等参数，主要是后两项在较大范围内的调节，改变猫眼腔镜的状态，调节了激光器内部的损耗，也就改变了激光腔对各阶横模的损耗，从而使大量高阶次横模被激振。借此，人们可以十分方便的观察到各阶次的横模。这是以前任何观察横模的装置，仪器所不能实现的。
所述凸透镜及其夹持调节装置，凸透镜放置在凸透镜槽中，并固定在二维透镜支架上，同时二维透镜支架通过支杆套筒高度调节装置固定在二维工作台上，通过调节二维工作台可以实现凸透镜的沿光轴方向的移动和垂直于轴向的移动。
所述凹面镜及其夹持调节装置，凹面镜放置在凹面镜槽中，并固定在二维透镜支架上，二维透镜支架通过支杆套筒高度调节装置固定在二维工作台上，支杆套筒调节装置实现高度调节，同时通过调节二维工作台可以实现凹面镜的沿光轴方向的移动和垂直于轴向的移动。
所述凹面镜槽与凸透镜槽，由中心开孔的，有内螺纹的，剖面为“”形的槽和中心开孔，有外螺纹的圆环构成。槽与圆环之间通过螺纹连接。
所述CCD图像采集系统，其特征在于CCD摄像机采集激光束横模花样，通过视频线输入计算机，由计算机中的图像采集卡采集成像，在计算机上显示并储存。
系统部件连接关系系统从左至右依次为计算机，CCD摄像机，半外腔He-Ne激光管，凸透镜及其夹持调节装置，凹面镜及其夹持调节装置。初始位置为CCD摄像机镜头中心轴，半外腔He-Ne激光管中心轴以及凸透镜和凹面镜的光轴重合。凸透镜和凹面镜间距应满足构成猫眼逆向器的条件两者之间的距离等于凸透镜的焦距，并等于凹面镜的曲率半径。
系统调节方法本系统主要调节元件为构成猫眼逆向器的分立元件凸透镜、凹面镜。二者均可进行平面俯仰调节，沿光轴方向的移动调节和垂直于光轴方向的移动调节。可以同时通过调节凹面镜和凸透镜的状态，也可以固定其中一者的状态，调节另一者状态，以达到改变两者相对位置的目的。通过调节两分立元件之间的间距，两者的俯仰状态，两者垂直于光束方向的位置等参数，主要是后两项在较大范围内的调节，改变猫眼腔镜的状态，调节了激光腔对各阶横模的损耗，从而使大量高阶次横模被激振。
本发明通过由分立元件组成的猫眼逆向器调整激光器谐振腔损耗比，从而可以控制激光横模的输出状态。本发明能够利用同一支激光管观察到丰富多彩的激光横模状态，并且可以通过计算机记录在调节猫眼逆向器过程中横模的变化过程，有利于对激光模式的分析以及激光原理的理解。这些都是此前的仪器(系统)所不能完成的。
图1为本发明结构示意图。
图2为由凸透镜和凹透镜组成的猫眼逆向器结构示意图。
具体实施例方式
本发明为新型激光横模观察仪，图1为基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统结构示意图，半外腔He-Ne激光管由2增透窗片，3毛细管，4激光放电管和5凹面反射镜组成，半外腔He-Ne激光器的谐振腔由5凹面反射镜和1-1及1-2组成的猫眼逆向器组成。猫眼逆向器由1-1凹面镜和1-2凸透镜组成，1-1凹面镜放置在夹持机构中，夹持机构由18凹面反射镜槽和19凹面反射镜端盖组成。18、19组成的凹面镜夹持机构固定在17二维透镜支架上，二维透镜支架通过16螺旋支杆和15螺旋套筒固定在14二维工作台上。15、16组成的螺旋支杆套筒高度调节装置能够实现凹面镜的高度调节，二维透镜支架17能够实现凹面镜的角度调节从而调节激光器的出光以及猫眼腔的整体结构。1-2凸透镜的夹持机构由9凸透镜槽和8凸透镜端盖组成，夹持机构固定在10二维透镜支架上，10通过11螺旋杆和12螺旋套筒组成的螺旋支杆套筒高度调节装置实现高度调节，并且螺旋支杆套筒固定在二维调节架13上。通过二维工作台13、14的轴向调节和垂直轴向方向调节，以及二维透镜支架10、17的二维角度调节，主要是后两项在较大范围内调节，凹面镜或凸透镜的位置状态发生改变，从而改变猫眼逆向器的整体结构，进而改变激光谐振腔的损耗比，实现了激光横模的调节。激光输出的光束进入6CCD摄像头中，CCD摄像头6与计算机7相连，计算机7实现激光横模的观察和记录。
图2为由凸透镜和凹透镜组成的猫眼逆向器结构示意图。1-1为凹面镜，在凹面一侧镀全反膜，1-2为凸透镜，双面镀增透膜。凹面镜1-1与凸透镜1-2的相互位置关系的改变可以改变激光谐振腔的损耗比，实现横模调节和控制。
权利要求
1.一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，其特征在于，该系统由半外腔He-Ne激光管、凸透镜及其夹持调节装置、凹面镜及其夹持调节装置、CCD图像采集系统、计算机组成，依次为计算机，CCD图像采集系统，半外腔He-Ne激光管，凸透镜及其夹持调节装置，凹面镜及其夹持调节装置；凸透镜及其夹持调节装置和凹面镜及其夹持调节装置中的凸透镜的焦距等于凹面镜的曲率半径，并等于两装置之间的距离，组成猫眼逆向器；CCD图像采集系统采集激光束横模花样，通过视频线输入计算机，由计算机中的图像采集卡采集成像，在计算机上显示并储存。
2.根据权利要求书1所述的一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，其特征在于，所述半外腔He-Ne激光管由氦氖放电激光管、毛细管、位于该激光管一侧的反射镜以及与所述激光管一侧的管脖相连的增透窗片组成。
3.根据权利要求书1所述的一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，其特征在于，所述凸透镜及其夹持调节装置，凸透镜放置在凸透镜槽中，并固定在二维透镜支架上，同时二维透镜支架通过支杆套筒高度调节装置固定在二维工作台上，通过调节二维工作台可以实现凸透镜的沿光轴方向的移动和垂直于轴向的移动。
4.根据权利要求书1所述的一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，其特征在于，所述凹面镜及其夹持调节装置，凹面镜放置在凹面镜槽中，并固定在二维透镜支架上，二维透镜支架通过支杆套筒高度调节装置固定在二维工作台上，支杆套筒调节装置实现高度调节，同时通过调节二维工作台可以实现凹面镜的沿光轴方向的移动和垂直于轴向的移动。
5.根据权利要求书1所述的一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，其特征在于，所述凸透镜槽为中心开孔的，有内螺纹的，剖面为“”形的槽和中心开孔，有外螺纹的圆环，槽与圆环之间通过螺纹连接。
6.根据权利要求书1所述的一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，其特征在于，所述凹面镜槽为中心开孔的，有内螺纹的，剖面为“”形的槽和中心开孔，有外螺纹的圆环，槽与圆环之间通过螺纹连接。
全文摘要
一种基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统，属于氦氖激光实验装置技术领域。依次为计算机，CCD图像采集系统，半外腔He－Ne激光管，凸透镜及其夹持调节装置，凹面镜及其夹持调节装置；凸透镜及其夹持调节装置和凹面镜及其夹持调节装置中的凸透镜的焦距等于凹面镜的曲率半径，并等于两装置之间的距离，组成猫眼逆向器；CCD图像采集系统采集激光束横模花样，通过视频线输入计算机，由计算机中的图像采集卡采集成像，在计算机上显示并储存。本发明通过由分立元件组成的猫眼逆向器调整激光器谐振腔损耗比，从而控制激光横模的输出状态。目前尚没有观察横模系统。使用(调整)本发明可以十分方便观察到各阶次的横模，利于分析理解。
文档编号G09B23/00GK1862625SQ20061001228
公开日2006年11月15日 申请日期2006年6月16日 优先权日2006年6月16日
发明者张书练, 周鲁飞, 任成 申请人:清华大学