專利名稱：方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光的橫模產(chǎn)生機(jī)理及特性的實(shí)驗(yàn)演示儀，主要運(yùn)用于高校光電 信息類專業(yè)教師講授激光橫模的特性和選擇技術(shù)時(shí)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)演示。
背景技術(shù)：
激光原理與技術(shù)是高等院校光電信息類專業(yè)的一門極其重要而具有核心地位的 專業(yè)課程。其中，激光的縱模和橫模產(chǎn)生機(jī)理、特性，以及縱模和橫模的選擇技術(shù)是主要的 知識(shí)點(diǎn)之一。對(duì)于激光縱模的實(shí)驗(yàn)演示和討論已經(jīng)非常成熟，也有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器出 售。但是，對(duì)于橫模的產(chǎn)生機(jī)理和特性講授，絕大多數(shù)的院校，教師限于理論講解的形式，而 無(wú)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，課堂用的激光橫模演示儀則更少。原因在于高階橫模的產(chǎn)生一般需要 調(diào)整諧振腔，導(dǎo)致試驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜，不方便在課堂上進(jìn)行演示。目前，市面上少有激光橫模演 示儀出售。激光器諧振腔分為方形反射鏡和圓形反射鏡兩種，它們產(chǎn)生的高階橫模光束截 面光強(qiáng)分布特性截然不同。有文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)一種基于貓眼腔鏡損耗調(diào)節(jié)的激光橫模演示系 統(tǒng)，這是一種圓形諧振腔激光器，通過(guò)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)。該套裝置可以調(diào)試出多種高階橫模，結(jié)合CCD，能方便 的保存光斑圖樣。但缺點(diǎn)在于分立元件比較多，不方便教師攜帶到課堂上進(jìn)行演示。另一 方面，He-Ne激光器激光束較細(xì)，亮度有限，加之產(chǎn)生高階橫模時(shí)，進(jìn)一步降低了光斑的亮 度，坐在后排的學(xué)生無(wú)法看清光斑的形狀。因此，必須結(jié)合C⑶攝像，通過(guò)監(jiān)視器或電腦顯 示器來(lái)觀察各高階橫模的產(chǎn)生情況，即光斑的形狀。這明顯增加了整套儀器設(shè)備的復(fù)雜性， 給課堂演示帶來(lái)了不便。市面上還有一種激光模式發(fā)生器實(shí)驗(yàn)儀，采用光纖激光器輸出的 808nm激光抽運(yùn)YAG晶體，產(chǎn)生多種橫模輸出的1064nm激光。由于1064nm激光不可見(jiàn)，同 樣必須結(jié)合CCD，通過(guò)監(jiān)視器或電腦顯示器來(lái)觀察輸出激光的模式特征。以上兩種是目前報(bào) 道和實(shí)驗(yàn)室采用較多的激光橫模演示系統(tǒng)，均屬于圓形反射鏡諧振腔激光器，要求結(jié)合CCD 和監(jiān)視器或電腦顯示器使用，存在成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，不方便課堂演示的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，不方便課堂演示的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了 一種成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單，方便課堂演示、演示效果好的方形反射鏡諧振腔激光橫 模演示儀。方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，包括產(chǎn)生第一紅外激光的半導(dǎo)體泵浦激光器 和腔內(nèi)倍頻激光器，所述的泵浦激光器和腔內(nèi)倍頻激光器之間設(shè)有聚焦激光的凸透鏡；所 述的腔內(nèi)倍頻激光器包括能形成第二紅外激光的激光晶體和將第二紅外激光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn) 綠色激光的倍頻晶體，所述的激光晶體位于所述的凸透鏡和倍頻晶體之間，所述的激光晶 體位于所述的凸透鏡的焦點(diǎn)處；所述的激光晶體和倍頻晶體靠原子力作用緊密結(jié)合在一 起、形成光膠晶體，所述的激光晶體的入射端面設(shè)有對(duì)第一紅外激光高透，對(duì)第二紅外激光 和綠色激光高反的第一鍍膜，所述的倍頻晶體的出射端面設(shè)有對(duì)第一和第二紅外激光高反，對(duì)綠色激光部分透射的第二鍍膜，所述的入射端面和出射端面構(gòu)成腔內(nèi)倍頻激光器的 諧振腔。第一紅外激光為808nm波長(zhǎng)激光，第二紅外激光為1064nm波長(zhǎng)激光，綠色激光為 532nm波長(zhǎng)激光。進(jìn)一步，所述的泵浦激光器位于所述的凸透鏡的一倍焦距到兩倍焦距之間。進(jìn)一步，所述的腔內(nèi)倍頻激光器安裝于一四維調(diào)整架上，所述的四維調(diào)整架包括 安放所述的激光器的第一安裝臺(tái)，所述的第一安裝臺(tái)上設(shè)有能推動(dòng)所述的激光器上下移 動(dòng)的縱向調(diào)整機(jī)構(gòu)和推動(dòng)激光器水平移動(dòng)的橫向調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述的調(diào)整機(jī)構(gòu)為螺母螺桿組 合，螺母與所述的激光器固定連接，螺桿與一驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的旋鈕固接。進(jìn)一步，所述的四維調(diào)整架還包括與所述的第一安裝臺(tái)通過(guò)彈簧連接的第二安裝 臺(tái)，所述的第一安裝臺(tái)通過(guò)一萬(wàn)向節(jié)與所述的第二安裝臺(tái)鉸接，所述的第二安裝臺(tái)上設(shè)有 頂推所述的第一安裝臺(tái)、使其以鉸接部為支點(diǎn)繞豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的第一螺釘，和頂推所述的 第一安裝臺(tái)、使其以鉸接部為支點(diǎn)繞水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)第二螺釘。進(jìn)一步，所述的安裝臺(tái)呈方形，所述的第一和第二旋轉(zhuǎn)螺釘位于同一條對(duì)角線的 兩個(gè)端點(diǎn)上，所述的萬(wàn)向節(jié)位于另一條對(duì)角線的端點(diǎn)上。進(jìn)一步，所述的腔內(nèi)倍頻激光器還包括一用于安裝所述的光膠晶體的金屬圓盤， 所述的圓盤上開(kāi)設(shè)有放置所述的光膠晶體的直槽，所述的直槽上設(shè)有抵緊所述的光膠晶 體、避免其滑落的定位塊；所述的光膠晶體和直槽壁及定位塊之間均填充有導(dǎo)熱膏或?qū)?脂。進(jìn)一步，所述的圓盤安裝于所述的第一安裝臺(tái)上，所述的圓盤的端面與所述的第 一安裝臺(tái)接觸，所述的第一安裝臺(tái)和第二安裝臺(tái)均設(shè)有允許激光透過(guò)的通孔。本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思是半導(dǎo)體泵浦激光器產(chǎn)生的808nm激光經(jīng)凸透鏡聚焦至 激光晶體，激發(fā)出1064nm波長(zhǎng)激光，1064nm波長(zhǎng)的激光再經(jīng)倍頻晶體轉(zhuǎn)化為532nm的可見(jiàn) 綠色激光輸出。該綠色激光束由于亮度較高，光束直徑較大，人眼對(duì)綠光比較敏感，因此可 以將532nm綠色激光束直接照射到教室的墻壁上，進(jìn)行演示方形反射鏡諧振腔激光器高階 橫模的輸出特性。通過(guò)旋動(dòng)縱向調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，即可調(diào)節(jié)腔內(nèi)倍頻激光器的縱向位置；旋動(dòng)橫向 調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，即可調(diào)節(jié)腔內(nèi)倍頻激光器的橫向位置；旋動(dòng)第一螺釘，可使激光器繞豎直 方向轉(zhuǎn)動(dòng)；旋動(dòng)第二螺釘，可使激光器繞水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光器的方位調(diào)整。若將四維 調(diào)整架安裝在一個(gè)一維精密平移臺(tái)上，則可微調(diào)泵浦激光器與腔內(nèi)倍頻激光器間的距離。 改變腔內(nèi)倍頻激光器的方位，即改變泵浦激光束對(duì)它的泵浦參數(shù)，從而產(chǎn)生不同的高階橫 模激光束。本實(shí)用新型具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單，方便課堂演示、演示效果好的優(yōu)點(diǎn)。
圖1是本實(shí)用新型的光路圖圖2是光膠晶體的示意圖圖3是腔內(nèi)倍頻激光器的示意圖圖4是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖5是四維調(diào)整架的正視圖
4[0019]圖6是四維調(diào)整架的左視圖具體實(shí)施方式
參照附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，包括產(chǎn)生第一紅外激光的半導(dǎo)體泵浦激光器 1和腔內(nèi)倍頻激光器3，所述的泵浦激光器1和腔內(nèi)倍頻激光器之間設(shè)有聚焦激光的凸透鏡 2 ；所述的腔內(nèi)倍頻激光器包括能形成第二紅外激光的激光晶體31和將第二紅外激光轉(zhuǎn)化 為可見(jiàn)綠色激光的倍頻晶體32，所述的激光晶體31位于所述的凸透鏡2和倍頻晶體32之 間，所述的激光晶體31位于所述的凸透鏡2的焦點(diǎn)處；所述的激光晶體31和倍頻晶體32 靠原子力作用緊密結(jié)合在一起、形成光膠晶體3，所述的激光晶體31的入射端面設(shè)有對(duì)第 一紅外激光高透，對(duì)第二紅外激光和綠色激光高反的第一鍍膜，所述的倍頻晶體32的出射 端面設(shè)有對(duì)第一和第二紅外激光高反，對(duì)綠色激光部分透射的第二鍍膜，所述的入射端面 和出射端面構(gòu)成腔內(nèi)倍頻激光器的諧振腔。第一紅外激光為808nm波長(zhǎng)激光，第二紅外激 光為1064nm波長(zhǎng)激光，綠色激光為532nm波長(zhǎng)激光。激光晶體31為Nd: YVO4,倍頻晶體32 為 KTP。所述的泵浦激光器1位于所述的凸透鏡2的一倍焦距到兩倍焦距之間。所述的腔內(nèi)倍頻激光器安裝于一四維調(diào)整架上，所述的四維調(diào)整架包括安放所述 的激光器3的第一安裝臺(tái)41，所述的第一安裝臺(tái)41上設(shè)有能推動(dòng)所述的激光器3上下移 動(dòng)的縱向調(diào)整機(jī)構(gòu)和推動(dòng)激光器水平移動(dòng)的橫向調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述的調(diào)整機(jī)構(gòu)為螺母螺桿組 合，螺母與所述的激光器3固定連接，螺桿與一驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的旋鈕411、412固接。所述的四維調(diào)整架還包括與所述的第一安裝臺(tái)41通過(guò)彈簧43連接的第二安裝臺(tái) 42，所述的第一安裝臺(tái)41通過(guò)一萬(wàn)向節(jié)44與所述的第二安裝臺(tái)42鉸接，所述的第二安裝 臺(tái)42上設(shè)有頂推所述的第一安裝臺(tái)41、使其以鉸接部為支點(diǎn)繞豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的第一螺釘 421，和頂推所述的第一安裝臺(tái)41、使其以鉸接部為支點(diǎn)繞水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)第二螺釘422。所述的安裝臺(tái)41、42呈方形，所述的第一和第二旋轉(zhuǎn)螺釘421、422位于同一條對(duì) 角線的兩個(gè)端點(diǎn)上，所述的萬(wàn)向節(jié)44位于另一條對(duì)角線的端點(diǎn)上。所述的倍頻晶體32緊貼于所述的激光晶體31的背面、形成光膠晶體；所述的腔內(nèi) 倍頻激光器還包括一用于安裝所述的光膠晶體的金屬圓盤5，所述的圓盤5上開(kāi)設(shè)有放置 所述的光膠晶體的直槽51，所述的直槽51上設(shè)有抵緊所述的光膠晶體、避免其滑落的定位 塊52 ；所述的光膠晶體和直槽壁及定位塊52之間均填充有導(dǎo)熱膏或?qū)狨ァＫ龅膱A盤5安裝于所述的第一安裝臺(tái)41上，所述的圓盤5的端面與所述的第 一安裝臺(tái)41接觸，所述的第一安裝臺(tái)41和第二安裝臺(tái)42均設(shè)有允許激光透過(guò)的通孔45。本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思是泵浦激光器產(chǎn)生的808nm激光經(jīng)凸透鏡聚焦至激光晶 體，激光晶體將激光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為1064nm，1064nm波長(zhǎng)的激光再經(jīng)倍頻晶體轉(zhuǎn)化為532nm的 可見(jiàn)綠色激光輸出，即可用于教學(xué)演示。通過(guò)旋動(dòng)縱向調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，即可調(diào)節(jié)腔內(nèi)倍頻激光器的縱向位置；旋動(dòng)橫向 調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，即可調(diào)節(jié)腔內(nèi)倍頻激光器的橫向位置；旋動(dòng)第一螺釘，可使激光器繞豎直 方向轉(zhuǎn)動(dòng)；旋動(dòng)第二螺釘，可是激光器繞水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光器的方位調(diào)整，從而改變 泵浦參數(shù)，激發(fā)不同高階橫模激光束的產(chǎn)生。[0030]若需要定量測(cè)量其輸出高階橫模激光束的參數(shù)，可以結(jié)合CCD和電腦圖像采集， 將各種情況的光束截面光強(qiáng)分布圖保存在電腦中，供定量分析之用。本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及 于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，其特征在于包括產(chǎn)生第一紅外激光的半導(dǎo)體泵浦激光器和腔內(nèi)倍頻激光器，所述的泵浦激光器和腔內(nèi)倍頻激光器之間設(shè)有聚焦激光的凸透鏡；所述的腔內(nèi)倍頻激光器包括能形成第二紅外激光的激光晶體和將第二紅外激光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)綠色激光的倍頻晶體，所述的激光晶體位于所述的凸透鏡和倍頻晶體之間，所述的激光晶體位于所述的凸透鏡的焦點(diǎn)處；所述的激光晶體和倍頻晶體靠原子力作用緊密結(jié)合在一起、形成光膠晶體，所述的激光晶體的入射端面設(shè)有對(duì)第一紅外激光高透，對(duì)第二紅外激光和綠色激光高反的第一鍍膜，所述的倍頻晶體的出射端面設(shè)有對(duì)第一和第二紅外激光高反，對(duì)綠色激光部分透射的第二鍍膜，所述的入射端面和出射端面構(gòu)成腔內(nèi)倍頻激光器的諧振腔。
2.如權(quán)利要求1所述的方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，其特征在于所述的泵浦 激光器位于所述的凸透鏡的一倍焦距到兩倍焦距之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，其特征在于所述的 腔內(nèi)倍頻激光器安裝于一四維調(diào)整架上，所述的四維調(diào)整架包括安放所述的激光器的第一 安裝臺(tái)，所述的第一安裝臺(tái)上設(shè)有能推動(dòng)所述的激光器上下移動(dòng)的縱向調(diào)整機(jī)構(gòu)和推動(dòng)激 光器水平移動(dòng)的橫向調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述的調(diào)整機(jī)構(gòu)為螺母螺桿組合，螺母與所述的激光器固 定連接，螺桿與一驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的旋鈕固接。
4.如權(quán)利要求3所述的方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，其特征在于所述的四 維調(diào)整架還包括與所述的第一安裝臺(tái)通過(guò)彈簧連接的第二安裝臺(tái)，所述的第一安裝臺(tái)通過(guò) 一萬(wàn)向節(jié)與所述的第二安裝臺(tái)鉸接，所述的第二安裝臺(tái)上設(shè)有頂推所述的第一安裝臺(tái)、使 其以鉸接部為支點(diǎn)繞豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的第一螺釘，和頂推所述的第一安裝臺(tái)、使其以鉸接部 為支點(diǎn)繞水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)第二螺釘。
5.如權(quán)利要求4所述的方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，其特征在于所述的倍頻 晶體緊貼于所述的激光晶體的背面、形成光膠晶體；所述的腔內(nèi)倍頻激光器還包括一用于 安裝所述的光膠晶體的金屬圓盤，所述的圓盤上開(kāi)設(shè)有放置所述的光膠晶體的直槽，所述 的直槽上設(shè)有抵緊所述的光膠晶體、避免其滑落的定位塊；所述的光膠晶體和直槽壁及定 位塊之間均填充有導(dǎo)熱膏或?qū)嶂?br> 6.如權(quán)利要求5所述的方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，其特征在于所述的圓盤 安裝于所述的第一安裝臺(tái)上，所述的圓盤的端面與所述的第一安裝臺(tái)接觸，所述的第一安 裝臺(tái)和第二安裝臺(tái)均設(shè)有允許激光透過(guò)的通孔。
專利摘要方形反射鏡諧振腔激光橫模演示儀，包括產(chǎn)生第一紅外激光的半導(dǎo)體泵浦激光器和腔內(nèi)倍頻激光器，泵浦激光器和腔內(nèi)倍頻激光器之間設(shè)有聚焦激光的凸透鏡；腔內(nèi)倍頻激光器包括能形成第二紅外激光的激光晶體和將第二紅外激光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)綠色激光的倍頻晶體，激光晶體位于凸透鏡和倍頻晶體之間，激光晶體位于凸透鏡的焦點(diǎn)處；激光晶體和倍頻晶體靠原子力作用緊密結(jié)合在一起、形成光膠晶體，激光晶體的入射端面設(shè)有第一鍍膜，倍頻晶體的出射端面設(shè)有第二鍍膜，入射端面和出射端面構(gòu)成腔內(nèi)倍頻激光器的諧振腔。本實(shí)用新型具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單，方便課堂演示、演示效果好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B23/22GK201662920SQ20102010138
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者鄒菊梅 申請(qǐng)人:杭州師范大學(xué)