He-Ne激光器的原理与远场发散角测量

"该资料详细介绍了He-Ne激光器的工作原理和相关参数，包括激光器的模式、远场发散角的概念，以及如何鉴别He-Ne激光器是否处于TEM00模。实验目的旨在理解光束特性，并通过实际操作掌握光束强度分布的测量方法。" 在激光技术领域，He-Ne激光器是一种常见的低功率气体激光器，通常用于教学、光学实验和精密测量。这种激光器能产生稳定的红光，其工作原理基于受激发射。He-Ne激光器的核心组件包括一个充满氦和氖气体的放电管，当电极间的电压加到足够高时，电子碰撞激发氦原子，随后这些氦原子会通过能量转移激发氖原子，最终氖原子在返回基态时释放光子，形成激光。 激光器的模式是指激光束在空间中的分布，其中 TEM00 模是最基础的横模，代表光束在垂直和水平方向上都是圆形的。在He-Ne激光器中，期望得到的就是TEM00模，因为它具有良好的方向性和准直性。激光的远场发散角是衡量激光束扩散程度的一个重要参数，发散角越小，激光束在传播过程中的扩散就越小，准直性能也就越好。光束的发散角可以通过测量不同距离上的光斑半径来计算。 实验中提到的光束强度分布测量方法，是通过观察光斑形状和强度变化来判断激光器是否处于TEM00模。在Z=0处，基模光斑的半径ω(0)是束腰半径，随着距离Z的增加，光斑半径ω(z)会按照特定的双曲线规律增长。光斑半径可以用公式(2)来描述，它与波长λ和束腰半径ω(0)有关。 鉴别TEM00模的方法通常有两种：一种是直观观察法，即将激光束照射到距离激光器1米远的白屏上，如果光斑是圆形且中心强度最高，说明激光器处于TEM00模；另一种是使用扫描干涉仪，通过观察示波器上的频谱分布来确认。 此外，实验还利用了现代技术，如计算机、CCD摄像机和A/D采集卡，记录并分析光斑的强度分布，以验证是否符合高斯分布。高斯分布的光强可以用公式(3)表示，这是描述光强随距离衰减的典型模型。如果测量结果与高斯分布一致，就表明激光器工作在TEM00模。 了解He-Ne激光器的工作原理、光束特性及其测量方法对于理解和应用激光技术至关重要，这些知识不仅适用于科研，也在工程和教育领域有着广泛的应用。