| lilic |
2009-03-06 23:13 |
氦氖激光器在光學教學中的應用
引言 jeFl+K'1
64X # :t+
第一臺氣體激光器是1961年由賈范（Javan）、貝內特（Bennett）和赫里奧特（Herriott）報導的氦氖激光器。其輸出波長為1.15μm，是不可見的紅外氦氖激光器。經(jīng)過40多的發(fā)展，氦氖激光器成為目前種類最多，容易制作，質量十分可$&*，應用廣泛的激光器。與任何其它氣體激光器相比，研究的也較為透徹，對其運轉的了解也就比任何其它氣體激光器更為深入。 _-\{kJ
7Ej#7\TB]
氦氖激光器是中性原子氣體激光器中的一個典型例子，也是特別重要的一種激光器。由于氣態(tài)物質的光學均勻性一般較好，所以氣體激光器比固體激光器和半導體激光器來說，輸出的光學質量（如單色性，相干性，光束的發(fā)散角和穩(wěn)定性等等）很好，這一點在許多應用中是很重要的。 WA5kX SdIb
qAik $.
隨著科學技術的發(fā)展，激光技術這一高科技在不斷的擴展到國民經(jīng)濟中的各個領域，氦氖激光器以它獨有的性能特點首當其沖，廣泛的應用在工業(yè)、農業(yè)、國防、教育、衛(wèi)生、計量等部門，被用來準直導向、自動控制、精密測量、計量基準、疾病治療、教學實驗，以及作為全息照相、光信息處理、激光光譜、文化娛樂的光源等。隨著激光知識的不斷普及，激光技術的廣泛拓展，被更多的人以及非激光行業(yè)的科學工作者所認識，隨之出現(xiàn)了與激光有關的交$&*科學，如激光化學、激光生物學、激光光譜學、激光醫(yī)學等等，氦氖激光器在很多學科中占有不可忽視的地位。 D?F5o^e"h<
7 ~8Fs@
在70年代初期，我國的氦氖激光器就走出了科研單位，進入社會的工廠企業(yè)。目前我國生產(chǎn)的氦氖激光器品種很多，常用氦氖激光器的主要性能指標已達到了國際水平，而在性能價格比上，占有極大的優(yōu)勢。由于它結構簡單，非常直觀的體現(xiàn)出組成激光器的三大部分，即工作物質、諧振腔和激勵電源；它使用的材料一般，制作工藝也較為成熟，被廣泛的應用到教學中。 w|o@r%Q# l
d$~b`
在教學中使用氦氖激光器可分為兩種情況：第一種是利用它單色性好，方向性好和亮度高的特點作為光源，開展幾何光學，物理光學，以及近代光學的教學實驗；第二種是作為激光器的典型范例，分析其特性，深入了激光器的原理、參數(shù)、性能，開展激光和激光技術的教學實驗。 PQ1NQy8
-y*+G&
}B/xQs Tx-
: {Z^ _;Tf
一、幾何光學教學 cS7!,XC
HZ=yfJs nc
人們把光的能量看成是沿著一根根光線傳播的，它們遵從直進、反射、折射定律，便是幾何光學。幾何光學實驗的主要內容是分析光傳播的路徑，測定成象位置的大小，觀察成象的清晰度以及經(jīng)過光學系統(tǒng)所成圖象上各點的明暗（光強或照度的大�。�。 |?=1tS{iT
S
IK{GWX
用輸出波長為632.8nm氦氖激光描述光線的傳播，是很形象的。因為是紅光，有一定的光強，發(fā)散角很小，將看不見的光線用激光線模擬成可見的光線，直觀的看到光線傳播。這種典型的教學儀器是激光實驗箱，見圖。 EC#1 0.
FRk_x xe"K
實驗箱體的大小一般在30cm×45cm，它是用輸出2mW的氦氖激光管作光源，用分束鏡把光束分成三束，顯示在箱體面上。分束鏡可以旋轉，能夠操作成相互平行，發(fā)散和會聚的光束。圖1顯示的是三束平行光束。 I>Yp =R
.. TjEBp
該儀器還配有各種光學元件，如平面反射鏡，多種的凸透鏡、凹透鏡，棱鏡等，有時還配有簡單的作物理光學實驗的元件�？梢赃M行的主要實驗有： 'Jr*oru
d`7] reh
⒈幾何光學基本三定律的實驗，即光的直線傳播定律；光的反射定律；光的折射定律。了解光在均勻的介質里沿直線傳播，反射線，入射線，反射角，入射角，折射角，全反射等。 hzo,.hS's
(Fd4Gw<sq
⒉各種透鏡的實驗。了解凸透鏡對光束的會聚，凹透鏡對光束的發(fā)散，透鏡的焦點、焦距、焦面和透鏡組等實驗。 uhLm yK
S c Kf r
⒊棱鏡的實驗。如直角棱鏡的全反現(xiàn)象，光線在三角棱鏡主截面內的折射，棱鏡的最小偏向角等實驗。 /n:fxdhe
t O>qd#I
⒋光學儀器的光路實驗。如投影儀，顯微鏡，照相機等。 D9C; JD
!P3|T\|]+
,jcp"-5#j
$?{zV$r1
二、物理光學實驗 W%cPX0
'=* 5C{
物理光學（波動光學）是研究光波動性（干涉、衍射、偏振）的科學。用氦氖激光作光源有很大的優(yōu)越性，因為它相干性好，干涉衍射條紋清晰，再加上亮度高，可以在一般照明的實驗室中作實驗。 x&Rp
m<4
GqxK|G1
v y?YA-
yqI|BF`
⒈光波的干涉實驗 ^dD?riFAk
\0*L fVr;P
一般光強的光波在線性媒質中，服從波的迭加原理。由于波的迭加而引起光強的重新分布，這種現(xiàn)象稱之波的干涉。實驗者要做好光波的干涉實驗，首先掌握光波的分割法。雙光束干涉實驗和多光束干涉實驗分為波面分割與振幅分割。實驗有： ?0Zw ^a
mIodD)?{
⑴揚氏雙縫干涉實驗 M6!brj\[|
So`"z[5
⑵用羅意鏡法實現(xiàn)光波干涉振幅分割的光束干涉實驗 i(
| |