氦氖激光器的调腔实验
（北京师范大学物理系）
摘要：本实验分别通过准直法和十字叉丝法来调节谐振腔两端腔镜的位置，使得两个腔镜平行且和毛细管垂直，发射激光，并通过统调法获得最强激光。

理论：
激光器由激励电流、增益介质和谐振腔组成，如图1。

对He-Ne激光器而言增益介质就是在两端封有布儒斯特窗的毛细管内按一定的气压充以适当比例的氦氖气体，当氦氖混合气体被电流激励时，与某些谱线对应的上下能级的粒子数发生反转，使介质具有增益。

介质增益与毛细管长度、内径粗细、两种气体的比例、总气压以及放电电流等因素有关。

对谐振腔而言腔长要满足频率的驻波条件，谐振腔镜的曲率半径要满足腔的稳定条件。

总之腔的损耗必须小于介质的增益，才能建立激光振荡。

由于介质的增益具有饱和特性，增益随激光强度增加而减小。

初始建立激光振荡时增益大于损耗，随着激光的增强而增益逐渐减小直到增益等于损耗时才有持续稳定的振荡。

图1 激光器原理图
实验内容：
1.清洗镜头
在清洗镜头时候可以通过腔镜的具体情况选择合适的清洗方法，首先应用洗耳球吹去镜头上的灰尘等颗粒物，对于软膜我们采用拖曳的方法，首先将镜头放置在水平的桌面上，取一张镜头纸并将光滑一面放置在镜头上，并且在此之前确保不会用手去接触光滑面，在擦镜纸上接触镜头的部位滴一到两滴丙酮试剂，轻轻拖曳擦镜纸的一端直到整张擦镜纸擦过镜头。

图2 软膜清洗法
对于硬膜，洗耳球吹去镜头上的灰尘等颗粒物之后，将镜头着对折，如图，用止血钳夹住擦镜纸，露出一段，在露出一端上滴一到两滴丙酮，轻甩之后擦
拭镜头，擦拭的过程保证擦拭方向永远朝着一个方向，不来回擦拭。

图3 硬膜清洗法
2.准直法调腔
用具：He-Ne激光器、准直激光器、贴有白纸的立板。

步骤：
（1）通过上述方法清洗完镜头和布儒斯特窗后，打开准直激光器；
（2）首先调节准直激光器的上下高度和俯仰角度，使得准直激光器打出来的光与毛细管的中心在同一水平线上；
（3）将准直激光器固定在谐振腔一端的前段，将激光穿透整个毛细管，此时可以调节准直激光器的横向位移和左右偏移动，直到穿透的光打在对面的白
纸上呈现同心圆环状；
（4）装上阴极反射镜，调整反射镜的左右偏转和俯仰，使反射回的激光与出来的激光重合出现在准直激光器镜头上的正中心；
（5）装上阳极反射镜，调整反射镜的左右偏转和俯仰，使反射回的激光出现规则的明暗变化；
（6）关闭准直激光器，打开He-Ne激光器电源，观察有无激光出现，如果没有可以先松动阳极反射镜并轻微晃动，如果发现偶尔有激光出现则再次安装
好阳极反射镜并轻微调整阳极反射镜，直到有激光出现，如果无论如何晃动都
没发现激光则证明阴极反射镜没有装好或者之前的准直调节没有调好，则重复
上述过程重新来调，直到有激光出现。

3.十字叉丝法调腔
（1）同准直法相同，按照实验内容一中的步骤清洗镜头，之后安装好两个反射镜；
（2）打开激光器，使激光透过中心有小孔的十字叉丝，透过十字叉丝的中心小孔观察，首先会看到直径相当于激光管直径的蓝色光圈，调节十字叉丝的
位置，直到蓝色斑点的中心出现一针眼大小直径的亮白色斑点；
（3）固定住十字叉丝，用一光源照射十字叉丝，调节反射镜的左右偏转角度和俯仰角度，使亮白色斑点正好位于反射镜中十字叉丝像的中心；
（4）调节另一端的反射镜，此时可以先晃动反射镜，如果发现偶尔有激光出现则安装好该端反射镜并轻微调整反射镜，直到有激光出现。

4.统调法调节激光器强度
（1）用光电二极管功率计对准所产生的激光，慢慢的调试阳极反射镜，使其电流达到最大；
（2）沿顺时针调节阴极反射镜X旋钮，使其输出电流达到最大值的一半。

调节阳极反射镜的X旋钮，看光电二极管显示的电流与原来的最大值的关系，
若超过或等于原来的最大值，则按以上方向继续调节，直至激光功率不再上升。

若小于原来的最大值，就反向调节，同样调到激光功率不再上升。

（3）用同样的方法调节阳极和阴极反射镜的Y旋钮。

结论：通过准直法和十字叉丝法调节谐振腔两端腔镜的位置，使得两个腔镜平行且和毛细管垂直，发射激光，并通过统调法获得最强激光。