内容发布更新时间 : 2024/11/15 15:44:46星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

氦—氖激光器

He-Ne激光器的基本组成是放电管、电极和谐振腔。

He-Ne激光器是目前应用最广泛的气体激光器，主要产生632.8nm的激光，功率只有几个毫瓦到几十毫瓦，但它有很好的光谱特性。

对管长350毫米的管子,电流为5毫安左右，输出功率2毫瓦左右。 He-Ne激光的放电管由毛细管和贮气管构成。放电的内管直径约2～3mm，管长几厘米到十几厘米，放电管越长功率越大，相应的放电电压就高。毛细管的尺寸和质量是决定激光器输出性能的关键因素。贮气管与毛细管相连，并且毛细管的一端有隔板，这是为了使放电只限于毛细管，贮气管的作用是增加了放电管的工作气体总量，延长器件寿命。普通的He-Ne激光器的放电管一般用GG17硬质玻璃制成，对输出功率和波长要求稳定性高的器件通常用热胀系数更小的石英玻璃制作。

光学谐振腔由一对高反射率的多层介质膜反射镜组成，一般采用平凹镜形式，平面镜为输出镜。毛细管长度约15～20cm的He-Ne激光器的输出镜的反射率98.5％～99.5％。谐振腔的轴线和放电毛细管轴偏离不超过0.1mm。凹面镜为全反镜，要求反射率接近100%。

管内主要按5：1～10：1的比例充入氦氖混合气体达到总气压约200～400Pa。

He-Ne激光器结构分为三部分：既放电管、谐振腔和激发的电源。 He-Ne激光器的放电电极多采用冷阴极形式，冷阴极材料多用溅射率小和电子发射率高的铝或铝合金。为了增加电子发射面积和减低阴极溅射，阴极通常制成圆筒状，并有尽可能大的尺寸，阳极一般用钨针制成。

连续工作的He-Ne激光器多采用支流放电激励的方式，起辉电压和工作电压与激光器的结构参数和放电条件有关，放电长度为1米的激光器，起辉电压在8千伏左右，He-Ne激光器的工作电流在几毫安到几十毫安的范围。

氦—氖激光器产生激光跃迁的是氖原子，氦是辅助气体。氦氖激光器是一种典型的四能级系统。氦—氖激光器还存在最佳总气压和最佳气体配比，如毛细管直径为3毫米管内气体配比为He3:Ne20=5:1,总气压p=1.5乇(1乇=133Pa, 1乇1mm汞柱，1Pa为1N/m2) ，毛细管直径2.56mm时He3:Ne20=7：1,总气压p=1.4乇。

He-Ne激光器特点是在燃火管子之初给出高于管子着火电压的高压，正常放电以后，电源提供的电压则不宜过份高于激光管的工作电压。以免电源功率过多消耗在限流电阻上而降低效率。所以一般He-Ne激光器电源，获得高于激光管着火电压的瞬时高压后，电源电压马上降至略高于激光管的工作电压，但远比激光管的着火电压为低的水平。

如下是一个采用四倍压触发，二倍压工作的450mm长的He-Ne管电源，该管工作电压为1.8-2.0kV，着火电压为4.5-5.5 kV，工作电流为8-10mA ；限流电阻选用8个8 W， 30k?的电阻串联；整流二极管耐压大于5kV，电流为0.05A；变压器选用输出1150V，功率30W；电容选C1，C2为0.47?f，耐压为1.6 kV； 对于C3，C4为容量为6800pf，耐压为5kV的瓷片电容。

实验目的：掌握He-Ne激光器原理与特性、了解He-Ne激光电源特点。 实验仪器：He-Ne激光器、He-Ne激光电源、转镜和f –θ透镜组件 实验步骤：1、熟悉He-Ne激光器使用、

2、观察He-Ne激光光束特点

相位式激光测距原理

将相位式激光测距仪整置于A点（称测站），反射器整置于另一点B（称镜站）。测距仪发射出连续的调制光波，调制波通过测线到达反射器，经反射后被仪器接收器接收。调制波在经过往返距离2D后，相位延迟了?。如将A,B两点之间调制光的往程和返程展开在一直线上，用波形示意图将发射波与接收波的相位差表示出来。

激光测距原理 发射波与接收波的相位

设调制波的调制频率为f，它的周期T?1/f，相应的调制波长

??cT?c/f。调制波往返于测线传播过程所产生的总相位变化?中，包括

N个整周变化

N?2?和不足一周的相位尾数??，即??N?2????

发射波与接收波的相位展开

根据相位?和时间t2D的关系式??wt2D，其中w为角频率，则

t2D??/w?1(N?2????) 2?fD?c(N???/2?)?L(N??N) 2f式中 ： L?c/2f??/2——测尺长度；

N——整周数；

?N???/2?——不足一周的尾数。

由此可以看出，这种测距方法同钢尺量距相类似，用一把长度为?/2的“尺子”来丈量距离，式中N为整尺段数，而?N?则D?NL??L

式中，c,f,L为已知值，??,?N或?L为测定值。

现今的激光测距仪采用两个以上的固定频率为测尺的频率，不同的测尺频率的?L或?N由仪器的测相器分别测定出来，然后按一定计算方法求得待测距离D。

相位式激光测距仪的工作原理

由光源所发出的激光进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号f1所调制，成为调幅波。这种调幅波经外光路进入接收器，会聚在光电器件上，光信号立

相位式激光测距仪的工作原理图 ?2等于?L为不足一尺段的余长。

即转化为电信

号。这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了?。

??2??N???

这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号

f1?经测距信

号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（?f?f1?f1?）测距信号，用eD表示。eD仍保留了高频测距信号原有的相位延迟??2??N???。

为了进行比相，主振高频测距信号f1的一部分称为参考信号与本振高频信号f1?同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（?f?f1?f1?）参考信号，e0表示，由于e0没有经过往返测线的路程，所以

e0不存在象eD中产生的那一相位延迟?。因此，eD和e0同时送人相位器采用

数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。

当采用一个测尺频率

f1时，显示器上就只有不足一周的相位差??所相应

的测距尾数，超过一周的整周数N所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪中还包含一组粗测尺的振荡频率，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。

实验目的：学习激光测距原理、与使用。 实验原理：（略）

实验步骤：调好光路、用示波器和频谱分析找到两个频率并纪录，呼出测距波形。