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大学物理实验, 2023, 36(2): 69-76     https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2023.02.016
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利用法布里-珀罗腔开展激光模式的实验教学研究
赵 健 1 ,吴翰钟 2 ,翟雨欣 2 ,孙博轩 2 ,文桂晗 2 ,张 洁 2*
1.湖北商贸学院 人工智能学院,湖北 武汉 430079;2.华中科技大学 物理学院,湖北 武汉 430074
Teaching Physics on the Understanding of LaserModes From a Fabry-Perot Cavity
ZHAO Jian1,WU Hanzhong2,ZHAI Yuxin2,SUN Boxuan2,WEN Guihan2,ZHANG Jie2*
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摘要 

将激光束耦合进入法布里?珀罗(FP)腔,这一物理过程相当于对传输光场施加周期性边界条件,导致 FP 腔的输出光束为一系列具有离散分布特点的激光模式。 一般来说,激光模式可以分为横模与纵模(也称作轴向模)。 为使本科生更加直观地理解光束在 FP 谐振腔内传输这一边值条件问题,本文详尽地描述了基于 FP 腔开展激光模式教学的实验课程。 该课程由三个小实验组成,分别是:(1)测量基模光斑的束腰半径来研究激光的横模;(2)测量 FP 腔的自由光谱区表征激光的纵模;(3)通过探测 FP 腔的透射信号与反射 Pound?Drever?Hall(PDH)信号,并基于两种独立的方法测量 FP 腔的腔线宽和腔精细度进一步表征纵模。 作为一门针对高年级本科生的创新物理实验课程,通过本实验的训练有助于理解光学、激光原理、光电子学等相关物理课程内容,也有助于启发学生掌握基于 FP 腔实现激光稳频的相关技术。

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赵 健
吴翰钟
翟雨欣
孙博轩
文桂晗
张 洁
关键词:  法布里-珀罗腔  激光模式  边值条件问题     
Abstract: 

ln physics, the process of coupling laser beams into a Fabry-Perot( FP) cavity is described asimposing boundary condition on the traveling optical field.Thereby ,the output optical beams become a series ofdiscrete laser modes from the F resonator. In general, laser modes are categorized into transverse andlongitudinal( or axial) eigenmodes.In order to provide a more intuitive understanding of the boundary-yalueproblem about the laser beam propagation inside the FP resonator, we describe in detail a physics lab coursefor the study of laser modes from a FP cavity for undergraduates at the School of Physics , Huazhong Universityof Science and Technology.To fully characterize the laser modes from a FP resonator, three experiments as aseries are designed,including:(1) a study of transverse mode from the PP cavity through the measurement ofbeam waist of the fundamental mode; ( 2) the measurement of free spectral range to characterize thelongitudinal modes;and(3) two independent methods to measure the FP cavity linewidth and cavity finesse forthe longitudinal mode characterization using the transmitted signal and the reflected PDH signal.The intendedaudience includes both undergraduates who have studied Optics , Lasers , Optoelectronics and other related courses , and researchers pursing a preliminary understanding of frequency stabilization technology based on areferenced FP cavity.

Key words:  Fabry-Perot cavity    laser mode    boundary-value problem
               出版日期:  2023-04-25      发布日期:  2023-04-25      整期出版日期:  2023-04-25
ZTFLH:  O 4-34  
引用本文:    
赵 健 , 吴翰钟 , 翟雨欣 , 孙博轩 , 文桂晗 , 张 洁 . 利用法布里-珀罗腔开展激光模式的实验教学研究 [J]. 大学物理实验, 2023, 36(2): 69-76.
ZHAO Jian, WU Hanzhong, ZHAI Yuxin, SUN Boxuan, WEN Guihan, ZHANG Jie. Teaching Physics on the Understanding of LaserModes From a Fabry-Perot Cavity . Physical Experiment of College, 2023, 36(2): 69-76.
链接本文:  
http://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2023.02.016  或          http://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/Y2023/V36/I2/69
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