一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器

本技术涉及教学仪器领域，尤其涉及一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器。

背景技术：

1、横向模式(transverse mode)，简称横模，是激光的主要特性之一，也是激光原理、激光技术等物理/光学/光电子等专业的关键知识点。单一高阶横模的产生方式是激光技术领域的研究前沿，在教学中很少有简单直观的方式能够进行实验演示。

2、例如，2016年谭中奇等人报道了基于氦氖激光器的激光横模选择实验系统，在谐振腔内插入头发丝引入对基模的损耗，实现对高阶横模的选择；2019年樊莉等人报道通过将氦氖激光器的谐振腔准直状态调偏，产生高阶横模，用于教学演示实验。但上述实验教具的重复性较差，对于模式变化规律难以给出定量的解释。

3、参考文献

4、[1]谭中奇,吴素勇,于旭东等.氦氖激光器的横模选择实验[j].大学物理实验,2016,29(06):15-17.

5、[2]樊莉,沈君,王晓宇等.he-ne激光束模式分析实验的研究[j].物理教学探讨,2019,37(12):45-48.

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，用于配合激光原理/激光技术等课程，实验演示激光的横模、激光谐振腔的稳区、光学元件的球差以及单模/多模激光的传输和聚焦特性等知识点，详见下文描述：

2、一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，所述教学仪器包括：沿光路传播方向从左至右依次设置有泵浦源、激光全反镜、激光增益介质、腔内透镜、激光输出镜、腔外透镜、光斑相机；

3、激光增益介质在泵浦源的激励作用下产生激光增益，激光全反镜和激光输出镜构成激光谐振腔，激光增益介质靠近激光全反镜放置。

4、其中，所述激光全反镜镀有泵浦光波长增透、激光波长高反的膜系；所述激光增益介质镀有泵浦光和激光波长增透膜系；

5、优选地，所述腔内透镜镀有激光波长增透膜系；所述激光输出镜镀有激光波长部分透过膜系；所述腔外透镜镀有激光波长增透膜系。

6、所述腔外透镜置于前后调节的位移台上，与激光输出镜的间距为焦距。

7、所述腔内透镜采用球面透镜。所述激光增益介质为体块状固体增益介质、多模光纤增益介质、半导体增益介质或气体增益介质中的任一一种。

8、其中，所述泵浦源为光泵浦或电泵浦。具体实现时，泵浦源发射激光增益介质吸收带内的泵浦光，泵浦光被激光增益介质吸收，产生激光增益，激光增益介质靠近激光全反镜放置，激光全反镜具有较小的曲率半径，以在其附近产生较小的激光束腰；腔内透镜的焦距较短，与激光全反镜之间的距离(记为d1)明显大于激光束腰附近的瑞利长度，使得在腔内透镜处的激光光斑尺寸较大，以加强球差；激光全反镜置于位置能够前后调节的位移台上，与腔内透镜的间距(记为d2)为其稳区的范围下限附近。由于不同阶次的高阶激光横模具有不同尺寸的空心光强分布，腔内透镜对各阶模式的聚焦作用不一致，阶数越高、相应尺寸越大的模式对应的有效焦距越小；因此，当调节激光全反镜的前后位置，使之与腔内透镜的间距略小于基模稳区范围下限时，对应高阶横模仍处在稳区范围内，因此激光器的输出模式由基模变化为高阶模式。激光输出模式由感光卡或光斑相机观察，例如：输出激光为可见光波段激光也可由肉眼直接观察。

9、本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

10、1)该教学仪器能够直观演示激光的高阶横模强度分布；

11、2)该教学仪器能够演示谐振腔稳区对激光器工作状态的决定作用、单横模和多横模激光的传输特性、激光的准直和聚焦、透镜球差及其对激光模式影响的激光原理/激光技术课程教学等知识点；

12、3)该教学仪器的激光高阶模式的变化规律具有良好的重复性，可以根据理论模型定量分析。

技术特征：

1.一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，其特征在于，所述教学仪器包括：沿光路传播方向从左至右依次设置有泵浦源、激光全反镜、激光增益介质、腔内透镜、激光输出镜、腔外透镜、光斑相机，

2.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，其特征在于，所述腔内透镜采用球面透镜。

5.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，其特征在于，所述激光增益介质为体块状固体增益介质、多模光纤增益介质、半导体增益介质或气体增益介质中的任一一种。

6.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，其特征在于，所述泵浦源为光泵浦或电泵浦。

技术总结
本技术公开了一种激光谐振腔和横模综合实验教学仪器，所述教学仪器包括：沿光路传播方向从左至右依次设置有泵浦源、激光全反镜、激光增益介质、腔内透镜、激光输出镜、腔外透镜、光斑相机，激光增益介质在泵浦源的激励作用下产生激光增益，激光全反镜和激光输出镜构成激光谐振腔，激光增益介质靠近激光全反镜放置。该教学仪器用于配合激光原理/激光技术等课程，实验演示激光的横模、激光谐振腔的稳区、光学元件的球差以及单模/多模激光的传输和聚焦特性等知识点。

技术研发人员：盛泉,单晨,付士杰,史伟
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：20230529
技术公布日：2024/1/15