專利名稱：一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，屬于氦氖激光實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光相對于一般光源具有單色性好的優(yōu)點，即譜線寬度很小。這樣窄的譜線寬是原子受激輻射后經(jīng)過諧振腔等多種機(jī)制的共同作用和相互干涉，最后形成的一個或者多個穩(wěn)定、精細(xì)的譜線，這些譜線就是激光的模。每個激光模式對應(yīng)著一種穩(wěn)定的電磁場分布，具有一定的光頻率。從與光輸出的方向平行(縱向)和垂直(橫向)兩個角度去分析激光模式，激光模式可分別稱為縱模和橫模。
對于激光縱模，清華大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點實驗室和北京拓達(dá)激光器械有限責(zé)任公司聯(lián)合制造的JX-1型氦氖激光器頻率分裂、偏振及模競爭教學(xué)實驗系統(tǒng)已經(jīng)成功實現(xiàn)了縱模及其偏振狀態(tài)的觀察以及縱模分裂和模競爭的演示。但是對于激光橫模，現(xiàn)在還沒有一套完整的實驗系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)豐富多彩的激光橫模觀察和分析。
本發(fā)明采用半外腔He-Ne激光器，利用由分立的凸透鏡和凹面鏡組成的貓眼逆向器構(gòu)成損耗可調(diào)激光諧振腔，通過調(diào)節(jié)貓眼逆向器改變了激光諧振腔的損耗比，實現(xiàn)改變激光橫模狀態(tài)的作用。利用CCD進(jìn)行圖像采集，計算機(jī)實現(xiàn)圖像存儲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是建立一套橫模觀察和分析實驗系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)激光諧振腔損耗來改變激光橫模狀態(tài)，通過觀察系統(tǒng)實現(xiàn)橫模的觀察和記錄。
一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，由半外腔He-Ne激光管、凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置、凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置、CCD圖像采集系統(tǒng)、計算機(jī)組成，依次為計算機(jī)，CCD圖像采集系統(tǒng)，半外腔He-Ne激光管，凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置；所述半外腔He-Ne激光管由氦氖放電激光管、毛細(xì)管、位于該激光管一側(cè)的反射鏡以及與所述激光管一側(cè)的管脖相連的增透窗片組成。
凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置和凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置中的凸透鏡的焦距等于凹面鏡的曲率半徑，并等于兩裝置之間的距離，組成貓眼逆向器；
貓眼逆向器由分立的凸透鏡和凹面鏡組成。凸透鏡的焦距等于凹面鏡的曲率半徑，并等于兩者之間的距離。凸透鏡放置在凸透鏡槽中，并固定在二維透鏡支架上，二維透鏡支架實現(xiàn)凸透鏡在垂直于光軸平面上的角度調(diào)節(jié)，同時二維透鏡支架通過支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置固定在二維工作臺上，支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，同時通過調(diào)節(jié)二維工作臺可以實現(xiàn)凸透鏡的沿光軸方向的移動和垂直于軸向的移動，從而改變凸透鏡和凹面鏡之間的間距和正對位置；凹面鏡放置在凹面鏡槽中，并固定在二維透鏡支架上，二維透鏡支架通過支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置固定在二維工作臺上，支桿套筒調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，同時通過調(diào)節(jié)二維工作臺可以實現(xiàn)凹面鏡的沿光軸方向的移動和垂直于軸向的移動，從而改變凸透鏡和凹面鏡之間的間距和正對位置?？梢酝瑫r通過調(diào)節(jié)凹面鏡和凸透鏡的狀態(tài)，也可以固定其中一者的狀態(tài)，調(diào)節(jié)另一者狀態(tài)，以達(dá)到改變兩者相對位置的目的。通過調(diào)節(jié)兩分立元件之間的間距，兩者的俯仰狀態(tài)，兩者垂直于光束方向的位置等參數(shù)，主要是后兩項在較大范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，改變貓眼腔鏡的狀態(tài)，調(diào)節(jié)了激光器內(nèi)部的損耗，也就改變了激光腔對各階橫模的損耗，從而使大量高階次橫模被激振。借此，人們可以十分方便的觀察到各階次的橫模。這是以前任何觀察橫模的裝置，儀器所不能實現(xiàn)的。
所述凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凸透鏡放置在凸透鏡槽中，并固定在二維透鏡支架上，同時二維透鏡支架通過支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置固定在二維工作臺上，通過調(diào)節(jié)二維工作臺可以實現(xiàn)凸透鏡的沿光軸方向的移動和垂直于軸向的移動。
所述凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凹面鏡放置在凹面鏡槽中，并固定在二維透鏡支架上，二維透鏡支架通過支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置固定在二維工作臺上，支桿套筒調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，同時通過調(diào)節(jié)二維工作臺可以實現(xiàn)凹面鏡的沿光軸方向的移動和垂直于軸向的移動。
所述凹面鏡槽與凸透鏡槽，由中心開孔的，有內(nèi)螺紋的，剖面為“”形的槽和中心開孔，有外螺紋的圓環(huán)構(gòu)成。槽與圓環(huán)之間通過螺紋連接。
所述CCD圖像采集系統(tǒng)，其特征在于CCD攝像機(jī)采集激光束橫模花樣，通過視頻線輸入計算機(jī)，由計算機(jī)中的圖像采集卡采集成像，在計算機(jī)上顯示并儲存。
系統(tǒng)部件連接關(guān)系系統(tǒng)從左至右依次為計算機(jī)，CCD攝像機(jī)，半外腔He-Ne激光管，凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置。初始位置為CCD攝像機(jī)鏡頭中心軸，半外腔He-Ne激光管中心軸以及凸透鏡和凹面鏡的光軸重合。凸透鏡和凹面鏡間距應(yīng)滿足構(gòu)成貓眼逆向器的條件兩者之間的距離等于凸透鏡的焦距，并等于凹面鏡的曲率半徑。
系統(tǒng)調(diào)節(jié)方法本系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)元件為構(gòu)成貓眼逆向器的分立元件凸透鏡、凹面鏡。二者均可進(jìn)行平面俯仰調(diào)節(jié)，沿光軸方向的移動調(diào)節(jié)和垂直于光軸方向的移動調(diào)節(jié)。可以同時通過調(diào)節(jié)凹面鏡和凸透鏡的狀態(tài)，也可以固定其中一者的狀態(tài)，調(diào)節(jié)另一者狀態(tài)，以達(dá)到改變兩者相對位置的目的。通過調(diào)節(jié)兩分立元件之間的間距，兩者的俯仰狀態(tài)，兩者垂直于光束方向的位置等參數(shù)，主要是后兩項在較大范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，改變貓眼腔鏡的狀態(tài)，調(diào)節(jié)了激光腔對各階橫模的損耗，從而使大量高階次橫模被激振。
本發(fā)明通過由分立元件組成的貓眼逆向器調(diào)整激光器諧振腔損耗比，從而可以控制激光橫模的輸出狀態(tài)。本發(fā)明能夠利用同一支激光管觀察到豐富多彩的激光橫模狀態(tài)，并且可以通過計算機(jī)記錄在調(diào)節(jié)貓眼逆向器過程中橫模的變化過程，有利于對激光模式的分析以及激光原理的理解。這些都是此前的儀器(系統(tǒng))所不能完成的。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為由凸透鏡和凹透鏡組成的貓眼逆向器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明為新型激光橫模觀察儀，圖1為基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，半外腔He-Ne激光管由2增透窗片，3毛細(xì)管，4激光放電管和5凹面反射鏡組成，半外腔He-Ne激光器的諧振腔由5凹面反射鏡和1-1及1-2組成的貓眼逆向器組成。貓眼逆向器由1-1凹面鏡和1-2凸透鏡組成，1-1凹面鏡放置在夾持機(jī)構(gòu)中，夾持機(jī)構(gòu)由18凹面反射鏡槽和19凹面反射鏡端蓋組成。18、19組成的凹面鏡夾持機(jī)構(gòu)固定在17二維透鏡支架上，二維透鏡支架通過16螺旋支桿和15螺旋套筒固定在14二維工作臺上。15、16組成的螺旋支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)凹面鏡的高度調(diào)節(jié)，二維透鏡支架17能夠?qū)崿F(xiàn)凹面鏡的角度調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)激光器的出光以及貓眼腔的整體結(jié)構(gòu)。1-2凸透鏡的夾持機(jī)構(gòu)由9凸透鏡槽和8凸透鏡端蓋組成，夾持機(jī)構(gòu)固定在10二維透鏡支架上，10通過11螺旋桿和12螺旋套筒組成的螺旋支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，并且螺旋支桿套筒固定在二維調(diào)節(jié)架13上。通過二維工作臺13、14的軸向調(diào)節(jié)和垂直軸向方向調(diào)節(jié)，以及二維透鏡支架10、17的二維角度調(diào)節(jié)，主要是后兩項在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，凹面鏡或凸透鏡的位置狀態(tài)發(fā)生改變，從而改變貓眼逆向器的整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變激光諧振腔的損耗比，實現(xiàn)了激光橫模的調(diào)節(jié)。激光輸出的光束進(jìn)入6CCD攝像頭中，CCD攝像頭6與計算機(jī)7相連，計算機(jī)7實現(xiàn)激光橫模的觀察和記錄。
圖2為由凸透鏡和凹透鏡組成的貓眼逆向器結(jié)構(gòu)示意圖。1-1為凹面鏡，在凹面一側(cè)鍍?nèi)茨ぃ?-2為凸透鏡，雙面鍍增透膜。凹面鏡1-1與凸透鏡1-2的相互位置關(guān)系的改變可以改變激光諧振腔的損耗比，實現(xiàn)橫模調(diào)節(jié)和控制。
權(quán)利要求
1.一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由半外腔He-Ne激光管、凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置、凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置、CCD圖像采集系統(tǒng)、計算機(jī)組成，依次為計算機(jī)，CCD圖像采集系統(tǒng)，半外腔He-Ne激光管，凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置；凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置和凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置中的凸透鏡的焦距等于凹面鏡的曲率半徑，并等于兩裝置之間的距離，組成貓眼逆向器；CCD圖像采集系統(tǒng)采集激光束橫?；?，通過視頻線輸入計算機(jī)，由計算機(jī)中的圖像采集卡采集成像，在計算機(jī)上顯示并儲存。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，其特征在于，所述半外腔He-Ne激光管由氦氖放電激光管、毛細(xì)管、位于該激光管一側(cè)的反射鏡以及與所述激光管一側(cè)的管脖相連的增透窗片組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，其特征在于，所述凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凸透鏡放置在凸透鏡槽中，并固定在二維透鏡支架上，同時二維透鏡支架通過支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置固定在二維工作臺上，通過調(diào)節(jié)二維工作臺可以實現(xiàn)凸透鏡的沿光軸方向的移動和垂直于軸向的移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，其特征在于，所述凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凹面鏡放置在凹面鏡槽中，并固定在二維透鏡支架上，二維透鏡支架通過支桿套筒高度調(diào)節(jié)裝置固定在二維工作臺上，支桿套筒調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，同時通過調(diào)節(jié)二維工作臺可以實現(xiàn)凹面鏡的沿光軸方向的移動和垂直于軸向的移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，其特征在于，所述凸透鏡槽為中心開孔的，有內(nèi)螺紋的，剖面為“”形的槽和中心開孔，有外螺紋的圓環(huán)，槽與圓環(huán)之間通過螺紋連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，其特征在于，所述凹面鏡槽為中心開孔的，有內(nèi)螺紋的，剖面為“”形的槽和中心開孔，有外螺紋的圓環(huán)，槽與圓環(huán)之間通過螺紋連接。
全文摘要
一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系統(tǒng)，屬于氦氖激光實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域。依次為計算機(jī)，CCD圖像采集系統(tǒng)，半外腔He－Ne激光管，凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置，凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置；凸透鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置和凹面鏡及其夾持調(diào)節(jié)裝置中的凸透鏡的焦距等于凹面鏡的曲率半徑，并等于兩裝置之間的距離，組成貓眼逆向器；CCD圖像采集系統(tǒng)采集激光束橫?；?，通過視頻線輸入計算機(jī)，由計算機(jī)中的圖像采集卡采集成像，在計算機(jī)上顯示并儲存。本發(fā)明通過由分立元件組成的貓眼逆向器調(diào)整激光器諧振腔損耗比，從而控制激光橫模的輸出狀態(tài)。目前尚沒有觀察橫模系統(tǒng)。使用(調(diào)整)本發(fā)明可以十分方便觀察到各階次的橫模，利于分析理解。
文檔編號G09B23/00GK1862625SQ20061001228
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者張書練, 周魯飛, 任成 申請人:清華大學(xué)