氦氖（He-Ne）激光器在光全息等研究领域中有着广泛的应用，但由于普通的 He-Ne 激光器在功率较高时（即 增益管较长时）会出现多个纵模，对于干涉、计量等一些要求单色性很强的激光研究领域不适用。通过腔内选频技 术得到的单纵模 He-Ne 激光器有着广泛的应用前景。

在激光器中利用锁模技术可得到峰值功率很高的短脉冲激光。80 年代后期利用碰撞锁模技术可获得持续时间短 到飞秒量级的超短脉冲。极强的超短脉冲光源大大促进了非线性光学、时间分辨激光光谱学、等离子体物理等学科 的发展。

◆ 知识点：

谐振腔原理、激光模式分析、F-P 标准具、腔内选频、声光锁模技术

◆ 涉及课程：

激光原理与技术、光电检测

◆ 实验内容：

·氦氖全外腔激光器谐振腔设计与调整

·氦氖全外腔激光器模式测量与分析

·拉曼 - 奈斯衍射与声光调制原理研究、衍射特性研究

·声光调制锁模激光器谐振腔设计与调整

·声光锁模激光器工作频率与谐振腔关系特性研究

·F-P 标准具参数研究与单纵模输出谐振腔设计调整

◆ 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、声光调制、主动锁模、 光电检测，法布里－珀罗（F-P）标准具，腔内选频，单纵模激光器等多个知识点，内容丰富、训练全面，系统接近 实际应用。本实验仪器具有很大的开放性，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，如激光器谐 振腔稳定性研究，光电探测器设计，腔内选频单纵模激光器等实验，既适合于教学研究，又可作为理论和实践相结

1-4 GCS-HNSG-XP

合的设计性实验。

在激光器的腔内插入声光损耗调制器来实现对 633nm 激光锁模。He-Ne 激光介质的增益特性属非均匀增宽类型， 用扫描干涉仪观察纵模频谱，可看到各个纵模强度是随机涨落的，这是由于模式竞争引起的。因此，采用主动锁模 的调幅技术，在激光腔内插入声光损耗调制器，使激光纵模强度在腔内受到周期性的损耗调制，在增益线宽内所有 的纵模都会受到相邻纵模产生的边频耦合，迫使所有的纵模都以相同的相位振动实现了同步振荡，达到锁模的目的。

制作输出为单纵模的氦氖激光器有许多方法，为了制造有相当功率输出的单纵模激光器，一种行之有效的方法 是对长腔多纵模激光器进行选模，改多纵模激光器为单纵模激光器。本实验采用 F-P 标准具插入腔内选模，是系统 内具有滤波器特性的选模法。使用 F-P 标准具选模，其腔内损耗要小于 Fox-Smith 腔选模，F-P 选模激光器腔片可 以配用最佳透过率的镜片作为输出镜，由于激光腔内有这样一个法珀标准具，将只允许增益的多普勒线型、谐振腔 腔模线型及 F-P 腔透过率线型相乘的重叠积分不为零的一个纵模形成单纵模激光振荡。

◆ 原理示意图：

锁模激光实验

腔内选频实验

◆ 效果图：

◆ 技术指标 :

·指示激光：中心波长 632.8nm，功率 ≥1.5mW，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， 二维可调；

·声光锁模器：工作波长 632.8nm，衍射效率 ≥30％，通光口径 Φ3mm，频率步进 1KHz，工作介质熔石英，衍射 模式拉曼 - 奈斯；

·超窄线宽激光谱线分析系统：适用波长 632.8nm，自由光谱区 2.5 GHz，精细常数＞ 100，加载锯齿波幅度 0-150V， 频率 5-75Hz；

·氦氖激光超长腔工作平台：中心波长 632.8nm，直腔输出功率 ≥25mW，增益管长 1.0m，可搭载 GCM 系列精密 光机调整部件；

·锁模输出激光：平均功率 ≥2mW，锁模脉冲重频：≥100MHz；

·激光功率指示器：标定波长 632.8nm，最大量程 100mW，最小读数 0.2mW；

·选频组件：△ N=0.1，光洁度Ⅰ级，平行度 2″；

·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 外腔激光器组件、辅助激光器组件、声光锁模调制器系统、激光功率计、共焦球面扫描干涉仪组件、快 速脉冲探测器组件、声光锁模激光器调整组件、声光锁模激光器调整工具、F-P 标准具组件

◆ 必备设备：

示波器、光学平台

◆ 选配清单：

光学清洁箱、激光防护眼镜、实验设备展板

◆ 建议课时：

6 课时