激光基本物理效應實驗系統
激光的出現改變了科學和技術的面貌，因此激光原理、激光技術的教學成為了高等院校中光學、物理、電子、測試、儀器等很多專業的基礎課程之一。激光有很多物理效應，特別是激光橫模、激光縱模、激光頻率、激光器腔的調諧、激光模的競爭、激光的偏振、激光回饋等。這些基本的物理特性是理解激光原理以及做激光器的設計和裝調必須掌握的，也是學生畢業后從事激光相關產品設計開發的基本技術基礎，因此成為激光技術學習中的重要內容。
但是，這些內容相對比較抽象難懂，并且由于專業的教學儀器的滯后，高校的激光實驗課程卻無法全面、清晰地向學生展示這些激光物理現象，妨礙了學生的深入理解。為了彌補這一缺失，基于清華大學激光與應用課題組(談宜東，張書練)研制的中心波長632.8nm的貓眼腔He-Ne激光器和雙折射雙頻激光器，并結合多年的激光技術及應用課堂教學經驗，設計了一套較為完整的激光基本物理效應實驗系統，可全面、清晰地演示激光的若干基本物理現象，并方便學生動手操作，有著很好的教學指導意義。
激光基本物理效應實驗系統由三套儀器構成，分別為：
(1)激光橫模演示儀
該系統實際是一個損耗可連續調節的激光器。激光器的一端是一個凹面鏡，其輸出光束經過擴束鏡BE擴束后變為發散的光斑，在遠處的白屏上即可看到橫模圖樣。也可以用CCD接收，由圖像采集卡將圖像采集到計算機中觀察。激光器的另一端是一個貓眼逆向器腔鏡，通過改變逆向器的參數(軸向間距)連續調節激光器損耗，從而可人為控制輸出不同階次的高階橫模。
儀器功能包括：(a)可實際演示十幾種橫模模式，如：TEM00, TEM12，TEM02，TEM22, TEM04, TEM13，等;(b)該儀器不僅可以演示矩形橫模模式，通過調整貓眼的離軸量還可以演示圓形橫模圖樣，方便學生比較兩種橫模命名方式的異同;(c)該儀器還可觀察多種混合橫模，通過旋轉偏振片可清楚地區分不同橫模的偏振態。
該儀器主要幫助學生認識激光橫模的產生，掌握通過控制腔內損耗調節不同橫模模式的方法，并且，幫助學生建立橫模的偏振態的概念。對于有興趣鉆研的學生，還可以對貓眼腔結構激光器做一些理論分析和嘗試，求解激光腔內的損耗和貓眼結構參數之間的關系，以及由此產生的相應的高階橫模模式?？傊?，通過理論和實踐相互印證，互為支撐的方式，增強了教學效果，彌補了理論課枯燥的不足。
(2)激光縱模頻率分裂與模競爭系統
該系統由半外腔激光器和腔內插入的石英晶體或應力雙折射元件構成，即一個雙折射雙頻激光器，其輸出頻率差從幾十MHz到1個縱模間隔連續可調。激光器的一個腔鏡固定在一個壓電陶瓷上，由壓電陶瓷推動腔鏡在微米量級范圍內調諧激光腔長。激光器輸出縱模模式，由掃描干涉儀觀測，并經過信號處理和采集后由計算機顯示，完成各種測量功能。
儀器功能有：(a)該儀器可以展示激光縱模的偏振態。由于腔內有雙折射元件，激光縱模分裂成o光和e光兩個正交線偏振頻率，通過偏振片可以清楚地展示o光和e光的偏振面相互垂直;(b)演示激光器內的頻率分裂過程。即隨著石英晶體的轉角或者應力片上的加力改變，o光和e光之間的頻率差逐漸增大，從而在頻率軸上逐漸拉開的過程，并動態顯示腔調諧過程中兩模式的光強互相轉移和交換過程;(c)可清楚地顯示激光腔內的模競爭現象，先進入出光帶寬獲得振蕩的模式(如o光)會抑制后來模式(如e光)的振蕩，導致o光在頻率軸上的振蕩區間遠大于兩者之間頻率差的大小。在此基礎上，還可以顯示頻率分裂激光振蕩的偏振三態和四態等;(d)可展示并測量激光器的出光帶寬，掃描干涉儀的自由光譜區，以及頻率分裂量等。
該儀器幫助學生認識激光縱模及其偏振態，頻率分裂的產生原理，以及首次圖像化的形象展示模競爭這一重要的激光物理概念，這是在很多教科書中介紹的經典現象，以往只有物理概念，一直沒有一個清晰的實驗圖像能夠展示這一過程。我們的儀器首次展示了模競爭，給學生一個清晰的圖像，幫助他們加深理解。最后該儀器讓學生實際動手操作，測量激光器的出光帶寬，頻率分裂量，掃描干涉儀的自由光譜區等，把原來書本上枯燥，干巴巴的文字轉化成形象，生動的實驗圖像，方便記憶和深入理解，極大地增強了教學效果。
(3)激光腔長調諧和激光回饋系統
該系統由半外腔的雙折射雙頻激光器和外部回饋鏡構成。在回饋外腔中放入一個可調衰減片，控制激光回饋水平。激光器的其中一個腔鏡以及外部回饋鏡上都固定壓電陶瓷，用以調諧激光內、外腔長。激光器輸出的兩個分裂模o光和e光強度由光電探測器探測并采集到計算機顯示。
該系統的功能有：(a)實驗并觀察腔長周期變化時，激光器模式對應的輸出強度的變化規律;(b)回饋鏡周期運動時，外部反饋光對激光器輸出強度的影響。
該系統使學生了解腔調諧的具體過程，激光器輸出功率和頻率改變之間的對應關系，并初步了解外部反饋光如何影響激光器的輸出功率。
作品名稱：激光基本物理效應實驗系統
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