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3-1He-Ne气体激光器放电条件的研究实验的目的要求：1．了解He-Ne激光器的结构，工作原理。通过研究放电条件对激光输出功率的影响，了解受激辐射与自发辐射的不同。2．学习真空的获得、测量和充气技术。教学内容：1．利用机械泵和扩散泵机组获得10-5托的系统真空度。2．选取正确的配气方法，使得He-Ne激光器的总压强在4.5-5.5托之间，He和Ne的分压比在8：1和6：1之间。3．改变总压强的大小，在不同的总压强下，改变激光器的工作电流研究激光输出功率变化的规律。4．总结分析得到的结果，看存在那些规律，并对此作出解释。实验过程中可能涉及的问题：（有的可用于检查予习的情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，不同的学生可有不同的要求）1．在He-Ne气体激光器中是如何实现Ne的6328Å谱线相应的上、下能级3S2和2P4之间的粒子数反转的？2．在He-Ne气体激光器中毛细管的作用是什么？谐振腔的作用是什么？3．实验中，充气之前，系统的真空度要求是多高？用机械泵能抽到的真空度一般是多少？扩散泵的起动压强是多少？为了达到所要求的本底压强，应如何操作机械泵，扩散泵联合机组？4．实验中的激光管的腔长为23厘米，请问将腔长改为5-6厘米行吗？5．如何避免机械泵的返油现象？6．如何避免扩散泵油的氧化？7．扩散泵刚工作时，系统的压强会上升，原因何在？8．引导学生注意器壁上气体的脱附对系统真空度的影响。9．如何用隔断部分真空系统的方法来检查系统可能存在漏气的部位。10．教材中图3-1-7中的两个三通活塞都处于三通的位置，系统的真空度不见改善，原因何在？11．测量V1和V2的体积比时，选用电离真空计还是U型管测量压强为好？12．如何采取正确的配气方法，以获得要求的总压强和He和Ne的分压比？13．如何改变总压强的大小，使得在2-5托之间能得到5-6个不同的总压强值？14．在配气过程中，在配第二种气体之前，先要将V1中所充的第一种气体抽走，为什么？抽走V1中所充的第一种气体时，用机械泵还是用扩散泵，为什么？15．固定一定的总压强，测量激光输出功率随放电电流大小变化时，请同时目测毛细管的亮度，并对所观测到的现象作出解释。16．测量激光输出功率随放电电流大小变化时，请改变串联电阻的大小，看对结果有何影响？为什么？对于不同的总压强，串联电阻的大小应如何选取？17．本实验中得到的6328埃的激光谱线中会不会有1.15微米的激光？难点：1．随总压强的减小，输出激光功率峰值的位置向大电流的方向移动，原因何在？2．实验中，当He、Ne气体压强和放电电流保持不变时，激光器光输出功率存在小的起伏，原因何在？可进一步探索的问题：1．改变He与Ne的分压比，观察它对激光输出功率的影响。2．设计一种改进的方案，使He-Ne激光器输出的光强稳定不变。3-4利用复合光栅实现光学微分处理实验目的和要求：本实验要求学生独立地制备一个复合光栅，并用自己制备的复合光栅作为空间滤波器实现光学微分处理。借此使学生1.掌握在光学平台上调节光路的基本技能；2.学会利用已学过的知识解决实验中遇到的问题；3.学会在实验中通盘考虑问题，并且操作一丝不苟；4.了解相干光学处理中的4F系统及空间滤波器的作用。教学内容：1.检查预习报告，提问预习思考题。2.与学生讨论光学平台上各种光学元件的调整，然后放手让学生独立操作一个小时以上。3.一小时后，检查学生的实验情况。通过讨论，让学生自己解决实验中遇到的问题。4.检察学生是否掌握如何控制所要制备的光栅的空间频率及两个光栅的空间频率差。5.在确信光路无误后，讲解拍照和底片冲洗中应注意的问题，让学生自己完成实验。6.检查和讲评学生制备的复合光栅，如不成功需要重做。7.检查学生搭制的4f光路，考察光学微分效果。讨论获得好的光学微分效果的关键点。8.检查学生测量的光栅的空间频率和光栅空间频率差。实验过程中可能涉及的问题：（有的可用于检查予习的情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，不同的学生可有不同的要求）1．如何保证实验光路始终与光学平台平行，如果不平行会有什么影响？2．透镜位置有几个调节自由度，如何保证透镜的光轴与光路重合？3．如何使平行光扩束？如何判断一束光是否为平行光？在本实验中可采用什么方法？4．如何判断半透半反分束镜的反射面？5．如何保证两束光在所希望的位置相交？6．如何保证两束光有相近的光强？7．如何得到空间频率为70/mm的干涉条纹？8．如何保证得到的干涉条纹是竖直的？9．当使两束平行光平行交汇时，看到了什么形状的干涉条纹？为什么？如果两束光交汇时看到的是同心圆，说明什么？10．如果实验中的马赫－曾得干涉仪的两臂光程明显不等是否会影响结果？11．照相底片的放置会对制备的光栅有什么影响？绕竖直轴转一定角度会怎样？绕水平轴转一定角度又会怎样？12．什么是莫尔条纹？为什么复合光栅会显出莫尔条纹？举出其它莫尔条纹的例子？13．本实验中作光学微分处理时采用了所谓的4f系统，如果仅改变物到第一个透镜的距离，对结果会有什么影响？如果两个透镜的焦距不同又会有什么影响？试通过实验考察之。14．能否举出两种测量复合光栅的空间频率差的方法？它们的精度和实现的难易程度怎样？15．不用复合光栅，在本实验中是否还有其它方法同样能够实现光学微分处理？难点：1.实验中如何保证两光栅的空间频率差为2/mm是难点。选择哪一个反射镜或分束镜来调节，要考虑到调节的精度、大小、稳定性和方便程度等。2.作光学微分处理时如何得到清晰的微分像也是难点。得到好的光学微分处理像的关键是，复合光栅要放在第一个透镜的后焦面上，而且屏要放置在物的像面上。可进一步探索的问题：从实验和理论上探索增加或减少光栅空间频率及空间频率差对光学微分处理效果的影响。3-5用反射椭偏仪测量折射率和薄膜厚度实验目的和要求：1.通过用反射式椭偏仪测量金属的复折射率和介质膜的折射率和厚度，加深对电磁波界面衔接条件的理解。2.掌握一种测量复折射率和薄膜厚度的常用方法。教学内容：1.检查预习报告，提问考察预习情况。2.讲解反射式椭偏仪的结构及实验注意事项。3.学生测量厚金膜的复折射率，测量Si衬底上的SiO2薄膜和玻璃衬底上的TiO2薄膜的折射率和厚度。要求用厚玻璃来校正仪器的2θ角。4.检查学生的测量结果和数据处理情况，并指导学生借助计算机查表分别得到SiO2和TiO2膜的折射率和厚度，要求学生自己按讲义上的公式计算金膜的复折射率。实验过程中可能涉及的问题：（有的可用于检查予习的情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，不同的学生可有不同的要求）1.在本实验的讨论中为什么要区分p光和s光？2.实验过程中照在样品表面的是什么特征的偏振光？等幅椭偏光的含义是什么？与圆偏振光有何不同？靠什么来保证照在样品表面的光为等幅椭圆偏振光？3.照在样品表面的光是否必须要为等幅椭圆偏振光？如果不是，该怎样办？4.从样品表面反射出的光一般是什么类型的偏振光？是否一定可以使其为线偏振光？如果可以，靠什么来调节？靠什么来判断？5.如何调节反射椭偏仪的载物平台使样品表面的法线与平台的转轴平行？方法？步骤？如何判断？6.如何判断平台的高度是否合适？7.为什么更换样品后必须重新调节平台？8.实验中对测量结果影响较大的因素有哪些？表面不洁净，不光洁会如何影响实验结果？反射光不能完全进入光强探测器对结果又会有什么影响？入射角不准对实验结果的影响有多大？9.为什么往往做不到完全消光？可能的原因有那些？10.如何判断测得的检偏角A是A1还是A2？测得的起偏角P是P1还是P2?11.如何从A1和A2求出A?如何从P1和P2求出P?12.通过A1和A2求A及由P1和P2求P，然后再由A、P求折射率和膜厚，比单用（A1,P1）或（A2,P2）来求会有什么好处？13.为什么椭偏仪测量薄膜厚度时会有一个周期性的不确定？靠椭偏仪本身能否消除此不确定性？难点：本实验基本上没有什么难点。可进一步探索的问题：1.对同一样品，在不同入射角下测量其折射率和厚度。2.如果要测量不同波长下的样品折射率，仪器需要作哪些改变，难点在哪里？3-6晶体的电光效应及其应用实验目的和要求：了解熟悉晶体的电光效应；理解晶体光学和物理光学中的相关知识；学会激光实验中光路的调节和光学现象的观察；学会调节晶体的光轴；学会电光晶体半波电压的多种测量方法。教学内容：1．KD*P晶体一次电光效应的观察和测量；测出KD*P晶体的半波电压和电光系数。2．将电光晶体作为相位补偿器，测出云母片双折射样品的微小相位差和折射率差。实验过程中可能涉及的问题(有的问题可用于检查学生的预习情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，有的可作为进一步探索的问题。不同的学生可有不同的要求。)什么是电光效应？晶体的光学性质如何受晶体对称性的影响？电光晶体各主轴的定义，性质和调节意义是什么？一次电光效应为什么只存在于没有对称中心的晶体中？电光调制器的构成和作用是什么?用补偿法测样品相位差的原理是什么，如何实现?在KD*P晶体的纵向电光效应中，外加电场如何改变晶体的折射率？半波电压如何定义？实验中采用三种方法测量晶体的半波电压，各有什么特点？半波电压测量中零点漂移产生的原因是什么？此实验中晶体的半波电压受温度影响，测量中应记录温度的变化，有什么方法可以减小温度的影响，制造出稳定的电光调制器？你可以想到利用电光效应于哪些方面？实验装置：He-Ne激光器的工作和输出光特性，电光调制器的构成，高压电源和电压调节器的使用，电光调值器输出光强的几种探测方式。强调使用高压和激光要注意安全！实验的主要内容和问题1．调节KD*P晶体的光轴z轴与激光的传播方向一致。（为什么要作此调节？如何判断？此光学现象的物理内容是什么？）2．判断并调节电光调制器中两个偏振片的通光方向分别与电光晶体的主轴x,y平行，同时估测晶体的半波电压。（晶体上加半波电压，起偏片和检偏片互相成什么角度时，电光调制器的输出光强最弱？）3．测量电光调制器的输出光强随晶体外加直流电压的变化曲线。（判断光强极小值是否存在于电压为零的位置，为什么？如何由光强的极值位置得到晶体的半波电压？）4．加晶体上交流电压信号Vsinωt，观察受调制的激光输出光强随直流电压的变化。（什么情况下输出光强不改变电压信号的基本特性？什么情况下输出光强的频率为2ω，出现“倍频失真”？如何测量零点漂移电压和晶体的半波电压？）5．根据倍频原理和相位补偿法原理，设计实验方案，测量双折射样品云母片的相位差和折射率差。（什么情况下置于电光调制腔中的云母片对纵向传播光产生的相位差才可以和电光晶体上产生的相位差线性相加？如何判断并调节云母片的晶轴方向与电光晶体的感应轴一致？）实验报告要求：用清晰简明的科学语言写报告。根据自己的理解和提炼阐述实验的相关背景，记录实验操作过程中观察到的物理现象和实验数据，对电光调制器的输出光强随纵向直流电压的变化曲线要进行数据拟合，说明测量样品的相位差和折射率差的实验方案。3-7法拉第效应实验目的：1.了解法拉第效应及其经典理论解释，以及用法拉第效应制成光学隔离器的基本原理；2.学习使用半荫式起偏器的检偏方法。教学内容：1.熟悉实验装置的各个部分；2.学会利用视场两半等暗来确定法拉第旋转角；3.测量两种不同材料(Ce3+玻璃和重火石玻璃)的磁光特性，包括旋转角与磁场和入射波长的关系，确定费尔德常数，及其色散行为。教学要点：1.什么是法拉第效应？法拉第效应与自然旋光的差别是什么？2.法拉第旋转角与什么因素有关？3.如何根据磁场方向、光的传播方向和偏振面的旋转方向判断被测介质是正旋还是负旋？4.半荫式起偏器的工作原理是什么？旋转检偏器一周视场变化如何？判定旋转角的最佳参考视场是什么？5.本实验中所使用的磁场并非均匀场，要测准V值，对磁场B的径向和轴向均匀性有何要求？对标定的