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

1-1 GCS-HNGD

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：

◆ 效果图：

◆ 技术指标：

·氦氖激光器组件：中心波长 λ0 632.8nm；输出功率 P≥1.5mW；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 R0.5m、R1m、R2m；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 F ＞ 100；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：Ф25.4mm，AR@400nm ～ 700nm，消光比 >500:1；端面 360°角度刻线；

·二维光束变换组件：Ф25.4mm，f=50.8mm ～ 200mm，光洁度 IV 级，宽带 MgF2 增透膜 400nm ～ 700nm，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 400nm ～ 700nm；

·滤光片组件：Ф25.4mm，T=10%@400-7000nm；

·CCD 光阑组件：通过孔 Ф10mm；

·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×5.2μm，USB2.0 接口，快门时间 

119us-100ms；

·激光功率指示器：标定波长 λ632.8nm，测量范围 2uw、20um、200uw、2mw、20mw、200mw 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：1200mm（L）×100mm（W），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 60/40（Scratch/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