1-1 GCS-HNGD 气体激光原理与技术综合实验

1-7 GCS-GAUSS 激光高斯光束参数测量及光束变换实验

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1-2 GCS-DPSL 固体激光原理与技术综合实验


激光器由光学谐振腔、工作物质、激励系统构成,相对一般光源,激光有良好的方向性,也就是说,光能量在空间的分布高度集中在光的传播方向上,但它也有一定的发散度。在激光的横截面上,光强是以高斯函数型分布的,故称作高斯光束。

同时激光还具有单色性好的特点,也就是说,它可以具有非常窄的谱线宽度。受激辐射后经过谐振腔等多种机制的作用和相互干涉,最后形成一个或者多个离散的、稳定的谱线,这些谱线就是激光的模。

在激光生产与应用中,如定向、制导、精密测量、焊接、光通讯等,我们常常需要先知道激光器的构造,同时还要了解激光器的各种参数指标。因此,激光原理与技术综合实验是光电专业学生的必修课程。

 

 

知识点:

激光器谐振腔、激光模式(纵模,横模)、F-P共焦球面扫描干涉仪、模式竞争、高斯光束变换、变倍扩束系统、最佳工作电流、激光发散角、激光偏振态、激光光场分布、激光束腰

涉及课程:

光学、激光原理、激光技术、激光光学、工程光学、光电检测

实验内容:

短腔气体激光器谐振腔设计与调整

气体激光输出偏振特性研究

不同激光谐振腔型与激光输出功率关系 

气体激光器纵模模式竞争观测及不同腔长对纵模间隔测量的影响

气体激光器发散角测量

气体激光高斯光束横模变换及参数测量(高斯光束光强一维分布、二维分布及三维分布)

高斯光束束腰变换研究(高斯光束束腰位置、瑞利长度及M方因子测量)

实验原理:

本实验为典型的激光原理与技术综合实验,其内容覆盖了谐振腔设计、激光模式分析、激光器参数测量、高斯光束测量与变换等多个知识点,内容丰富、训练全面。本实验仪器用具的选择和设计、具有很大的开放性,实验内容可根据教师需求发展成为不同方向的设计性实验,同时让学生掌握共焦球面扫描干涉仪原理、性能和使用方法。教师可根据具体情况,将本实验作为光电专业相关课程的综合实验或设计性实验。

原理示意图:

 

实验效果图:

 

技术指标:

氦氖半外腔激光器组件:中心波长λ0 632.8nm;输出功率P1.5mW;激光谐振腔可调范围L 290-450mm;增益管长270mm,布儒斯特角封装;凹腔曲率半径R0.5mR1mR2m;电源安全双开关(钥匙保护开关、船型开关),带高压保护套电极插头; 

共焦球面扫描干涉仪组件:工作波长λ 632.8nm;自由光谱区Δν2.5 GHz;精细常数F100;锯齿波幅度A 0-150V,频率f 0-100Hz;含共焦腔二维加持及支撑器件;

反光十字调节组件:单面抛光亮塑十字叉图案,靶心Φ1mm透光小孔;

偏振组件:Ф25.4mmAR@400nm700nm,消光比>500:1端面360°角度刻线;

二维光束变换组件:Ф25.4mmf=50.8mm200mm,光洁度IV级,宽带MgF2增透膜400nm700nm,可以实现激光束2-4倍扩展;

线光束变换组件:Ф25.4mm,光洁度IV级,宽带MgF2增透膜400nm700nm

滤光片组件:Ф25.4mm,半高宽FWHM 10nm,透过率T>50%,金属框封装;

光阑组件:Ф2-29mm可调;

相机接收组件:分辨率1280×1024,量化深度10bit,像素大小5.2μm×5.2μmUSB2.0接口,快门时间119us-100ms

激光功率指示器:标定波长λ 632.8nm,测量范围0-10um100uw1mw10mw100mw1w等可选,测量精度0.01uw

激光光束分析软件:背景采集,光斑直径测量,光场强度一维、二维和三维分布,包含相机参数设置模块,光斑发散角计算模块,M方因子计算模块,束腰位置及瑞利长度计算模块,USB2.0硬件接口;

精密光学导轨组件:1200mmL)×100mmW),适用于GCM系列机械调整部件;

精密机械调整架:角度精度±4′,分辨率0.005mm,调节机构保证等双轴等高,横向偏差1′,纵向偏差1′;

光学元件BK7 A级精密退火材料,焦距±2%,直径-0.2mm,中心偏差3′,光圈1-5;局部误差0.2-0.5,面粗糙度60/40Scratch/Dig),氟化镁增透膜镀膜,有效孔径90%;

设备成套性:

He-Ne半外腔激光器组件、光学导轨组件、偏振器组件、可变光阑组件、激光腔片组件、激光功率指示计组件、共焦球面扫描干涉仪组件、高斯光束变换透镜组件、相机组件、光束分析与测量软件

必备设备:

    笔记本或者台式电脑、示波器

选配清单:

光学平台、光学清洁箱、激光防护眼镜、光学存储干燥箱、实验设备展板

建议课时:

    4课时

 





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