Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

. (1.10)

Этот способ вычисления приемлем для импульсных ТТЛ и лазеров с модулированной добротностью. В то же время он непри­годен, если зависимость степени когерентности от времени задерж­ки имеет сложный характер с множеством экстремумов, как, на­пример, для многомодовых ГЛ, имеющих поликвазнмонохроматический спектр излучения, или если видность интерференционной кар­тины при изменении разности хода изменяется чрезвычайно мед­ленно, как, например, в одночастотных лазерах, где при м.

Приближенная оценка больших часто производится по изме­ренной ширине сигнала биений между двумя независимыми одночастотными лазерами, идентичными по конструкции и работаю­щими в одинаковых условиях. В этом случае ширина сигнала биений несет информацию о частотных и фазовых флуктуациях и сум­марной технической ширине линии генерации лазеров. При этом под средним временем когерентности понимают .

Наряду с описанными методами определение и в ряде случаев производится расчетным путем, когда измеряются количе­ство одновременно генерируемых линий и типов колебаний их отно­сительные интенсивности, расстояние между ними и флуктуации отдельных частот, и по известным соотношениям, свя­зывающим со спектральным составом излучения для кон­кретных моделей лазера, восстанавливается вид функции , который в свою очередь позволяет вычислить и . Однако для такой расчетной оценки , , необходимо гарантиро­вать высокую стабильность энергетических, пространственных и осо­бенно спектральных параметров излучения.

1. Разработка установки для измерения временной когерентности

2.1 Основы теории построения установки

Разрабатываемая установка для измерения временной когерентности будет основываться на интерференционном методе, то есть использоваться интерферометр Майкельсона.

П учок от лазера (1) направляют на полупрозрачное зеркало (2) примерно под углом 45 градусов. Прошедший и отраженный пучки зеркалами (3) и (4) отражают строго в обратном направлении на полупрозрачное зеркало (2). Преломившись и отразившись на полупрозрачном зеркале, оба пучка идут параллельно, по одной оптической оси на экран (5). Так как пучки когерентные, на экране будет видна интерференционная картина от этих пучков. Одно из отражающих зеркал, например, зеркало (3), должно обязательно иметь механизм точной юстировки положения. Задача юстировки – точно соединить отраженные от зеркал (3), (4) пучки на полупрозрачном зеркале и пустить их по одной оптической оси на экран. Только тогда интерференционная картина на экране будет иметь максимальный период и видна невооруженным глазом. Если юстировка проведена некачественно или пучок плохо сколлимирован (имеет большую угловую расходимость), частота интерференционной картины будет большой и ее придется рассматривать через линзу или объектив от микроскопа. Поэтому желательно, чтобы пучок лазера был параллельным.

Случайные функции (световое поле):

. (2.1)

Интенсивность мгновенная:

. (2.2)

Интенсивность усредненная (фотоприемника):

, (2.3)

где – время реакции фотоприемника.

. (2.4)

Подставляем в (2.4) выражения (2.1) и (2.2) получим:

. (2.5)

. (2.6)

Подставляем в (2.5) выражение (2.6) и получим:

. (2.7)

Раскрываем скобки и получаем:

. (2.8)

; . (2.9)

; . (2.10)

. (2.11)

. (2.12)

С учетом формул (2.9), (2.10), (2.11), (2.12) получаем:

. (2.13)

, (2.14)

где – корреляционная функция.

, (2.15)

где – интерференционный член.

; . (2.16)

Нормированный интерференционный член:

. (2.17)

. (2.18)

, (2.19)

где – время задержки.

Рис 2.2 Интерференционная картина

V=0 V=0.5 V=1

Рис. 2.3 Интерференционная картина при различных значениях видимости

Видимость интерференционной картины определяется:

. (2.20)

Чем больше разница между максимальной и минимальной интенсивностями, тем отчетливее интерференционная картина. Отчетливость интерференционной картины количественно характеризуется ее видимостью.

Максимальная видимость (V=1) достигается при , а минимальная (V=0) – при , то есть когда интерференционная картина отсутствует.

, (2.21)

где – комплексная степень когерентности, связан с наблюдаемым контрастом интерференционного поля.

Рис. 2.4 График функции временной когерентности

Теорема Винера-Хинчина определяет связь между энергетическим спектром излучения и его корреляционной функцией

. (2.22)

. (2.23)

Определим для m частотного излучения опираясь на теорему Винера-Хинчина.

. (2.24)

. (2.25)

. (2.26)

. (2.27)

. (2.28)

Построим график для многочастотного излучения

При m=1

Рис. 2.5 График функции временной когерентности одночастотного излучения

При m=2

Рис. 2.6 График функции временной когерентности двухчастотного излучения

При m=3

Рис. 2.7 График функции временной когерентности трехчастотного излучения

2.2 Разработка опто-электронной схемы установки

Рис.2.8 Блок-схема установки

1 – исследуемый полупроводниковый лазер

1’ – исследуемый He-Ne лазер

2 – блок питания лазера

3 – линза

4 – поляризатор

5 – четвертьволновая пластинка

6 – полупрозрачное зеркало (светоделитель)

7 – зеркало

8 – электро-динамический привод

9 – юстировочные винты

10, 10’ – подвижное зеркало (в двух положениях)

11 – фотоприемник

12 – блок питания фотоприемника

13 – апертура фотоприемника

14 – генератор синусоидальных колебаний

15 – осциллограф

Из лазера (1) выходит расходящийся пучок, линзой (3) коллимируем его, то есть делаем параллельным.

Поляризатор (4) и четвертьволновая пластинка (5) образуют оптический вентиль, который препятствует отраженным лучам попадать в резонатор лазера, чтобы не нарушить режим генерации.

Полупрозрачное зеркало (6) делит излучение на два луча. Один луч отражается от подвижного зеркала (10), которое задает запаздывание, а другой от зеркала на электро-динамическом приводе, на которое подается синусоидальное напряжение (это нужно для того что бы промодулировать сигнал) с генератора (14).

Лучи интерферируют на полупрозрачном зеркале и попадают на фотоприемник (11), сигнал с которого подается на осциллограф (15), на который так же подается синхронизация с генератора синусоидальных колебаний (14).

На осциллографе наблюдаем интерференционную картину (чередование темных и светлых полос). Вычисляем максимальное и минимальное значение и находим контраст, поочередно перекрывая зеркала находим интенсивности от них и рассчитываем функцию временной когерентности. Строим график и анализируем его.

Для упрощения юстировки установки можно вместо зеркал поставить триппель-призмы, которые отражают луч в направлении падающего луча, схема установки показана на рис. 2.

Рис.2.9 Блок-схема установки с триппель-призмами

1 – исследуемый полупроводниковый лазер

1’ – исследуемый He-Ne лазер

2 – блок питания лазера

3 – линза

4 – поляризатор

5 – четвертьволновая пластинка

6 – полупрозрачное зеркало (светоделитель)

7 – триппель-призма

8 – электро-динамический привод

9, 9’ – подвижная триппель-призма (в двух положениях)

10 – фотоприемник

11 – блок питания фотоприемника

12 – апертура фотоприемника

13 – генератор синусоидальных колебаний

14 – осциллограф

Используя триппель-призмы вместо зеркал позволяет изменять плечо не нарушая ход лучей.

2.3 Используемые элементы установки

При разработке установки были использованы следующие элементы, которые были мною доработаны:

Лазер He-Ne

Рис. 2.10 He-Ne лазер

Параметры:

P = 1 мВт; = 0,63 мкм; = 1 мрад; = 30 см; = 1,6 ГГц; типы колебаний ТЕМ₀₀, количество 2÷3.

Лазер полупроводниковый

Рис.2.11 Полупроводниковый лазер с блоком питания

P = 5 мВт; = 0,65 мкм; типы колебаний ТЕМ₀₀, количество 2÷3.

Фотоприемник

Ретроотражатели

Рис. 2.14 Ретроотражатели (1 – триппель-призма, 2 – зеркало)

1. Проведение инженерного эксперимента

Для проведения эксперимента была собрана установка (рис. 3.1)

Рис. 3.1 Фотография установки

1 – He-Ne лазер

2 – поляризатор

3 – четвертьволновая пластинка

4 – зеркало на электро-динамическом приводе

Характеристики

Список файлов ВКР