第３６卷第２期大学物理实验Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．２２０２３年４月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＡｐｒ．２０２３收稿日期：２０２２⁃１０⁃２７基金项目：国家自然科学基金项目（６１８０５０９２）；基础学科拔尖学生培养计划２．０研究课题（２０２１２０６７）∗通讯联系人文章编号：１００７⁃２９３４（２０２３）０２⁃００６９⁃０８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）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。关键词：法布里⁃珀罗腔；激光模式；边值条件问题中图分类号：Ｏ４⁃３４文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１４１３９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ２２⁃１２２８．２０２３．０２．０１６《大学物理实验》投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｄａｗｕｓｈｉｙａｎ．ｊｌｉｃｔ．ｅｄｕ．ｃｎ模式，这一基本概念是理解物理系统量子化特征的重要基础，表现为系统具有一系列离散的取值。激光模式是将激光耦合进入谐振腔内，所形成电磁驻波的一种可能状态［１］。一种使用最为广泛进行光场约束的谐振腔是法布里⁃珀罗（ＦＰ）腔［２］。入射光场一旦在ＦＰ腔内建立稳态振荡，光束输出将表现为一系列离散的激光模式。ＦＰ腔是一个由两面相对平行放置高反射镜所组成的多光束干涉仪。关于ＦＰ腔的基本理论在许多教科书以及文献中进行了详细介绍［３，４］。此外，也有一些...
