适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物理实验仪器，尤其涉及一种适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统。
【背景技术】
[0002]氦氖激光器由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。根据驻波条件，激光谐振腔每一种本征频率对应一种光场分布，叫做一种纵模模式，它描述轴向光场分布状态，然而纵模越多，单色性、相干性越差；谐振腔越短，纵模越少，单色性、相干性越好，因此在要求高单色性的时候，应尽量减小谐振腔长度，由于光的衍射造成的场横向分布用横模模式来描述，但是多横模却损害了激光器输出的良好方向性，对聚焦非常不利，因此在需要完美聚焦的情况下，应当尽量减少横模。激光器在今天应用越来越广，对通过模式的研究，减少其不利因素利用其有用特性显得尤其重要。现有技术中的实验系统调节性差，学生调节时间较长。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统。
[0004]本发明为实现上述目的，采用以下技术方案:一种适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统，包括底座、分别沿底座的长度方向设置的半外腔氦氖激光器、输出镜、共焦球面扫描干涉仪、高速光电放大探测器以及分别置于底座外的激光电源、锯齿波发生器、数字示波器；所述激光电源用于为所述半外腔氦氖激光器提供电压；所述锯齿波发生器中的锯齿波电压加在所述共焦球面扫描干涉仪的压电陶瓷上；所述高速光电放大探测器接收通过共焦球面扫描干涉仪中的光并转换成电信号，传输电信号到所述数字示波器；所述数字示波器用于显示经扫描和放大后的氦氖激光器的频谱图及锯齿波信号。
[0005]优选地，所述高速光电放大探测器内有高速硅PIN光电二极管及放大电路。
[0006]优选地，所述输出镜设置在输出镜调节架上，沿光轴移动输出镜调整架可实现氦氖激光腔长可调，输出不同的纵模；转动输出镜调整架的调节旋钮，倾斜输出镜，既可调整氦氖激光输出不同的横模。
[0007]优选地，所述共焦球面扫描干涉仪的透射光中心波长为632.8nm,自由光谱区在1500— 2000MHz，每伏电压使腔长改变2.4—2.5nm。
[0008]优选地，还包括一个直流偏置电源，用以改变对腔扫描的电压的起点，协助调节，偏置电源的输出电压在0-200V内连续可调。
[0009]本发明的有益效果是:本发明结构简单，便于学生快速调节，同时加深了学生对物理光学中的偏振、双折射现象以及激光原理中的纵模、出光带宽和模竞争效应的理解。把枯燥的物理问题变得形象有趣，同时让学生了解物理光学原理是如何与激光技术相结合产生现象的。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的结构示意图；
图中:1.半外腔氦氖激光器；2.激光电源；3.输出镜；4.偏振片；5.锯齿波发生器；6.共焦球面扫描干涉仪；7.高速光电放大探测器；8.光功率计；9.准直孔；10.准直激光；11.直流偏置电源；12.数字示波器；13.底座。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的【具体实施方式】。如图1所示，一种适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统，包括底座13、分别沿底座的长度方向设置的半外腔氦氖激光器1、输出镜3、偏振片4、共焦球面扫描干涉仪6、高速光电放大探测器7、准直孔9、准直激光10以及分别置于底座外的激光电源2、锯齿波发生器5、光功率计8、数字示波器12 ;所述激光电源2用于为所述半外腔氦氖激光器I提供电压；所述锯齿波发生器5中的锯齿波电压加在所述共焦球面扫描干涉仪6的压电陶瓷上；所述高速光电放大探测器7接收通过共焦球面扫描干涉仪6中的光并转换成电信号，传输电信号到所述数字示波器12，所述高速光电放大探测器内有高速硅PIN光电二极管及放大电路。所述输出镜3设置在输出镜调节架上，沿光轴移动输出镜调整架可实现氦氖激光腔长可调，输出不同的纵模；转动输出镜调整架的调节旋钮，倾斜输出镜，既可调整氦氖激光输出不同的横模。
[0012]在本发明中，所述数字示波器12用于显示经扫描和放大后的氦氖激光器的频谱图及锯齿波信号。本实验系统采用的锯齿波发生器5，电压峰值在0-200V内连续可调，频率周期0-20ms.可调。锯齿波电压加在共焦球面扫描干涉仪(6)的压电陶瓷上，同时锯齿波信号衰减100倍将输到数字示波器X轴上作同步扫描信号。为便于观察纵模序的中心波长在频谱图中的位置，使每一个纵模序中所有模能完整地展现在数字示波器上，增设一个直流偏置电源，用以改变对腔扫描的电压的起点，协助调节。偏置电源的输出电压在0-200V内连续可调。所述共焦球面扫描干涉仪的透射光中心波长为632.8nm,自由光谱区在1500—2000MHz，每伏电压使腔长改变2.4—2.5nm。用扫描干涉仪观察激光器模式直观、方便、对过程描述细致，特别的在确定模式所谓偏振特性，观察频率分裂和模竞争的过程中有不可代替的作用。此干涉仪适用于632.8nm波长，自由光谱区宽约为1800MHz。还包括一个直流偏置电源11，用以改变对腔扫描的电压的起点，协助调节，偏置电源的输出电压在0-200V内连续可调。
[0013]使用时，1.用卡尺测量半外腔氦氖激光器I的腔长L，了解谐振腔反射镜的曲率半径Rl和输出镜3的曲率半径R2。
[0014]2.开启数字示波器12，使用双线状态工作。
[0015]3.开启锯齿波发生器5，时间间隔10?80mS，电压50?100V。把此信号直接加到扫描干涉仪的压电陶瓷上；从锯齿波发生器有经衰减100倍的输出端引出信号并接至示波器的12上。
[0016]4.点燃被测半外腔氦氖激光器1，调整输出镜3使激光束与共焦球面扫描干涉仪共轴。
[0017]5.放上高速光电放大探测器7，把接收到的信号输送到数字示波器12的yl，改变12的衰减，使在波形在示波器荧光屏上的波形适中，为使波形稳定，使数字示波器工作在12触发状态。
[0018]6.待测激光器输出稳定后，用数字示波器的记忆功能将频谱波形存储下来。
[0019]7.测量相邻纵模之间的距离和以TEMOO模为基准的横模间距。
[0020]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统，包括底座、分别沿底座的长度方向设置的半外腔氦氖激光器、输出镜、共焦球面扫描干涉仪、高速光电放大探测器以及分别置于底座外的激光电源、锯齿波发生器、数字示波器；所述激光电源用于为所述半外腔氦氖激光器提供电压；所述锯齿波发生器中的锯齿波电压加在所述共焦球面扫描干涉仪的压电陶瓷上；所述高速光电放大探测器接收通过共焦球面扫描干涉仪中的光并转换成电信号，传输电信号到所述数字示波器；所述数字示波器用于显示经扫描和放大后的氦氖激光器的频谱图及锯齿波信号。
2.根据权利要求1所述的适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统，其特征在于:所述高速光电放大探测器内有高速硅PIN光电二极管及放大电路。
3.根据权利要求1所述的适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统，其特征在于:所述输出镜设置在输出镜调节架上，沿光轴移动输出镜调整架可实现氦氖激光腔长可调，输出不同的纵模；转动输出镜调整架的调节旋钮，倾斜输出镜，既可调整氦氖激光输出不同的横模。
4.根据权利要求2或3所述的适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统，其特征在于:所述共焦球面扫描干涉仪的透射光中心波长为632.8nm,自由光谱区在1500— 2000MHz，每伏电压使腔长改变2.4—2.5nm。
5.根据权利要求4所述的适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统，其特征在于:还包括一个直流偏置电源，用以改变对腔扫描的电压的起点，协助调节，偏置电源的输出电压在0-200V内连续可调。
【专利摘要】本发明涉及物理实验仪器，尤其涉及一种适用于物理教学谐振腔可调的氦氖激光模式分析实验系统。包括底座、半外腔氦氖激光器、输出镜、共焦球面扫描干涉仪、高速光电放大探测器以及激光电源、锯齿波发生器、数字示波器；所述激光电源用于为所述半外腔氦氖激光器提供电压；所述锯齿波发生器中的锯齿波电压加在所述共焦球面扫描干涉仪的压电陶瓷上；所述高速光电放大探测器接收通过共焦球面扫描干涉仪中的光并转换成电信号，传输电信号到所述数字示波器；数字示波器用于显示经扫描和放大后的氦氖激光器的频谱图及锯齿波信号。本发明结构简单，加深了学生对物理光学中的偏振、双折射现象以及激光原理中的纵模、出光带宽和模竞争效应的理解。
【IPC分类】G09B23-22
【公开号】CN104658387
【申请号】CN201310593636
【发明人】杨春宁
【申请人】天津港东科技发展股份有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月21日