文档介绍：He-Ne激光器的横纵模分析及纵模分裂
摘要本实验通过共焦扫描干涉仪和示波器分别对长为S= L2=，利用自由光谱区作为标定对横纵模间 隔进行了定量测算，得到长管的纵模间隔皿纵=4闱是由干 涉仪的构造决定的。故在实验吋激光输出的两个间隔最大的纵模间距要小于口 由光谱区。由纵横模在模谱上的间隔与H由光谱区的间隔进行比较可以得出纵 横模间隔的确切频率宽度。
实验仪器及步骤
实验仪器：光具座，长短激光管，扫描干涉仪，激励电源，示波器，驱动
电压等
仪器及其连接方法如图三所示:
图三实验装置连接示意图
实验采用共焦球面扫描干涉仪，对激光器的岀射光分光，通过示波器显示 出模谱，再通过自由光谱区的标定对纵模、横模的间隔进行定星的分析，观察 模谱的由双折射效应产生的纵模分裂和竞争等现象，并观察改变扫描干涉仪的 偏置电圧与锯齿波的幅度对示波器屮模谱的影响及激光在远场的光斑形状。
实验中应仔细调整调节光路，使出射光准确进入扫描干涉仪中，并使光探 测器输出的信号经放大器放大后，在示波器上看到的模谱信号为最大时，再进 行测量。
实验步骤:
1、 观察膜分裂现象，测量横纵模间隔并记录光斑形状：
2、 用偏振片观察短管两纵模间的偏振关系：
3、 观察偏置电丿玄、锯齿幅度对模间隔的影响，并分析原因;
4、 测屋出光带宽，描制激光管增益曲线大致轮廓；
5、观察纵模分裂现象以及分裂谱线间偏振关系。
数据处理及实验结果分析
用氮氮激光管观察膜分裂现象，测量横纵模间隔并记录光斑形
状;
实验中实验仪器参数如表1
表1实验用激光管参数
长激光管
短激光管
扫描干涉仪
L
33. 8cm
24. 2cm
自由光谱区
1800MHz
Ri
100cm
100cm
分辨率
10MHz
R：
oo
OO
将这些参数代入（4）、（5）中，可得两种激光管的出射光若同时存在纵模
横模，则其间隔的理论值如表2。
表2纵横模理论值
长激光管
短激光管
纵模间隔 横模间隔
443. 79MHz
87. 64MHz
619. 83MHz
101. 47MHz
调整好仪器，通过示波器，得到如图四所示长管模谱。
如图四所示，由于实验结果的限制，长激光管的模谱在一个三角波内部只 出现一组完整的膜谱，对应着满足驻波条件（6）式的某一次的光。根据自由光 谱区的定义，两组重复的谱中对应谱线间的间隔为门由光谱区的范围。对于一 组谱中，可观察到乂可明显地将其分为3簇，每一簇由2到3条谱线构成（理 论上应该是四条，但是由于带宽限制，有时可能不能观察到完整的谱线）。由于 激光轴向线度的大小远大于横向线度大小，可定性得知激光的纵模间隔大于横
模间隔，所以图四中3簇谱线中对应谱线间的间隔为纵模间隔的大小；每簇谱
线中4条谱线Z间的间隔为横模间隔的大小。
0
1
—>
3
<—
4
6
1
5
横膜
<
自由光谱区
J纵膜T
—>
图四长激光管模谱示意图
表3长管各模位置
t8
3. 240
t7 t6 t5 t4 t3
3. 080 2. 920 2. 480 2. 320 2. 200
t2
tl
表4长管纵模间隔
横膜
t2~tl t4-t3 t5~t4 t7-t6
t8~t7
平均
At横
0. 16 0. 12 0. 16 0. 16
0. 152
表5长管横模间隔
纵膜 t6-t3 t7-t4 t8-t5 平均
At.
实於测得门由光谱区对应的时间间隔为At = ms,相邻纵模间隔对应
的时间间隔为氐纵=,相邻横模对应的时间间隔为"帧= 152“s,故 At纵
A"纵="XT* Msr = 415 Mhz (7)
Av横=k ・ Avsr = Mhz (8)
得到实验中长激光管的纵模间隔为415MHz,横模间隔为84. 44MHz。
3纵一△
△%•理论
%
阴战7%理论I
△%理论
%
(9)
(10)
实验中的
相对误差为弘v纵=%, 6Av横=%,误差在允许范围内,
误差可以认为是扫描干涉仪的分辨率为10MHz导致。实验值与理论值符合良好。
将长管换为短管，调整实验仪器，可得如图五所示模谱。
2纵
《一自由光谱区—
图五短激光管模谱示意图
如图五所示，可观察到短激光管的模谱