利用共焦扫描干涉仪分析激光器模式实验中实验误差的研究

利用共焦扫描干涉仪分析激光器模式实验中实验误差的研究温午麒，崔宇明，许宝忠，徐皓，曹玉珍天津大学精密仪器与光电子工程学院文章背景（引言）典型的激光物理实验：1）激光题目的实验，设计难度大；2）多个厂家有产品出售；3）近年有多篇文章；4）本单位开设此实验多年。与理论(麦克斯韦方程和高斯光束)联系紧密,而不是面向应用；实验效果不理想。1）误差大；2）学生反应不佳：激光原理中，模式的频率公式没给出处，加上实验误差大，课后更迷惑。文章主题，是在实验过程中考虑振荡器Q值概念。文章背景（引言）文章背景（引言）文章主题，是在实验过程中考虑振荡器Q值概念。原因：实验误差主要原因起因于理论。实验简介实验目的是验证：稳定腔结构的激光器，输出高斯光束的频率公式在共焦扫描干涉仪不能对光频率定标的情况下，可对上式进行变换，以间接证明上式：记将相同纵模序数、不同横模间的频率间隔与相同横模、相邻纵模间的频率间隔的比，记为，则有：实验中通过证明此式间接证明稳定腔的高斯光束频率公式。一般，上式应得1。实验结构示意图使用光栅光谱仪观测到的氦-氖激光光谱共焦扫描干涉仪测量的激光模式的频率结构已经进行改进，增加了光栅光谱仪的测量结果，以对公觉扫描干涉仪的结果进行说明。实验结果误差介绍多年实验教学，效果不好。2017年实验课24组实验结果：1.1300.9490.9560.9501.0201.0600.9920.8631.1001.020.9920.9411.0571.1011.1701.0080.9851.0251.0901.1190.9100.9560.9761.010示波器图象上，频率蜂不稳定，峰的最高位置左右晃动。同时峰的高矮变化干扰学生测量。通过单次测量获得静止的示波器图象，通过打印机打印图象后进行测量。说明：数据中有重做的实验组。大约10%的误差，已经算成功的。误差大的组，会提示，重新采集光谱图象，重新测量误差特点：值有大有小。在激光原理中，模式的频率公式本来就没给出处，实验误差又大，做完实验，没有知识体系螺旋上升的效果。经过多年教学，对这实验的关注，逐渐增加。误差原因分析人的因素？仪器的因素？原理有问题？人的因素存在，但不是主要原因。仪器不精密的原因，虽有可能性，但并不是重要的问题。或改进仪器要适度。有调腔准直环节。用途是让激光器工作一段时间；模式的频率公式对应于腔调正的情况。误差原因分析S的测量精度：腔长由于是外腔激光器，稳定，实验中调节准直，激光器工作一段时间，温度的稳定性有一定保证。

的测量精度：光谱有宽度，有横向的飘动。误差的主要源头。主要问题出现在原理上。横模纵模的频率公式过于理想应考虑Q值作用和影响不同激光器Q值不同，改进激光器，意义不大。

激光器是光频的振荡器，应受振荡器Q值概念的控制。稳定腔的模式的频率公式的物理原理，如下图。但Q值的概念，是在振荡器有损耗的情况下，比理想情况偏差一点的频率，仍可振荡，只是性能略差。从而使纵模的光谱，不是线状，Q值对光谱形状产生限制。而自发辐射会随时提供不同频率的种子光，会对纵模光谱随时间的稳定性，造成影响。Q值在《激光原理》中主要是指激光的调Q运转工作方式。调Q激光器是讲激光器的工作状态，改变为在时间上储能和快速释放能量的脉冲工作状态。这与Q值的主要含义，存在很大的差距。这样容易形成教学误区，使Q值的主要意义不能传授给学生。而在半导体激光、光电振荡器、通信用的窄线宽激光光源等领域中，Q值都大量应用。所以在激光的理论和实验教学中，将Q值的教学，回归其本意，很有意义。Q值概念同样影响了共焦扫描干涉仪。共焦扫描干涉仪==空腔振荡器？共焦扫描干涉仪的改善质量是否有意义？实验改进措施更换示波器和示波器的工作模式，使用多次测量取平均的模式。原理是使用统计手段，应对具有统计特性的物理测量。改进的想法，受示波器公司的一些想法启示。但示波器使用方法的改