5.10 (810746), страница 2
Текст из файла (страница 2)
5).(7)7ОКГРБП-1Л . . СИ. . . ..... . . . .ee e eФД....БП-2ЭОeY61jgg6c c66Рис. 6. Схема установки для исследования доплеровскогоконтура излучения лазераЭкспериментальная установка. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 6. Излучение He-Ne лазера (ОКГ) проходит черезполяризационную развязку Р и линзу Л и поступает на вход сканирующего интерферометра (СИ).Поляризационная развязка предотвращает попадание в лазер излучения, отразившегося от элементов оптического тракта.
Это излучениеможет существенно повлиять на работу лазера и даже привести к срыву генерации. Развязка состоит из поляроида и пластинки λ/4, главныенаправления которой установлены под углом 45◦ по отношению к разрешённому направлению поляроида. После развязки Р свет приобретает циркулярную поляризацию (например, по правому кругу).
Приотражении от передней поверхности линзы, от зеркала сканирующегоинтерферометра и т. п. свет распространяется в обратном направлениив виде левополяризованной волны. Такая волна, пройдя через пластинку λ/4, вновь приобретает линейную поляризацию. Однако направление колебаний в этой волне оказывается перпендикулярным направлению разрешённых колебаний поляроида, так что до лазера волна недоходит.Линза Л служит для формирования луча, поступающего на входсканирующего интерферометра.
Линза снабжена поперечными и продольными салазками для юстировки прибора на максимум сигнала.С выхода сканирующего интерферометра излучение поступает нафотодиод ФД. Напряжение с фотодиода через усилитель подаётся навертикальный вход электронного осциллографа ЭО.ОКГ питается от блока питания БП-1, фотодиод и усилитель —от БП-2. Напряжение на пьезоэлемент сканирующего интерферометраподаётся с блока питания БП-2 и регулируется ручкой 1.8ЗАДАНИЕВ работе предлагается исследовать доплеровский контур спектральной линии: определить межмодовое расстояние и приборную ширинуотдельной моды излучения лазера; оценить газокинетическую температуру в разряде; рассчитать дисперсионную область, разрешающуюспособность и коэффициент отражения зеркал сканирующего интерферометра.Помните, что прямой лазерный луч опасен дляглаз!1.
Включите в сеть осциллограф и блоки питания фотодиода и лазера.Если через 2–3 минуты лазер не загорится, нажмите кнопку «пуск» наблоке БП-1.2. Поставьте линзу посредине между лазером и сканирующим интерферометром. Временно выведите линзу из луча с помощью поперечныхсалазок.3. Совместите прямой и отражённый лучи, осторожно вращая винты 1и 2 на первом (по ходу луча) зеркале интерферометра: два пятна напластинке λ/4 должны совпадать.
Затем винтами 1 и 2 второго зеркаласовместите пятна на первом зеркале.4. Настройте поляризационную развязку. Для этого сначала вращениемполяроида добейтесь максимальной яркости луча. Можно наблюдатьза пятном на пластинке λ/4 или на листе бумаги.Вращая пластинку λ/4, погасите отражённый луч: рассеянный светна оправе лазерного окна не меняет яркости, если перекрывать лучмежду интерферометром и пластинкой λ/4.
При этом яркие пятнышки (отражение от любой стеклянной поверхности) могут появляться ипропадать.5. Слегка перемещая фотодиод вверх-вниз и в сторону, получите наэкране осциллограмму типа показанной на рис. 5a. Найдите максимальный сигнал.6. Для уменьшения расходимости пучка (усиления сигнала) введите линзу в луч. Чуть смещая линзу, добейтесь стабильности и симметриикартины.
Это важнее получения максимума, т. к. при максимальномсигнале в лазер всё-таки идёт обратный луч, и лазер работает нестабильно.Снова подстройте второе зеркало винтами 1 и 2, чтобы добитьсясовмещения пятен на первом зеркале. Убедитесь, что луч попадает нафотодиод, и добейтесь максимального сигнала на осциллографе.97. Изменяя напряжение на пьезокристалле (амплитуду качаний СИ),проследите, как изменяется количество доплеровских контуров заодин проход интерферометра.
Подберите напряжение, при котором наэкране укладывается 1–2 контура за период качания.8. Рассчитайте межмодовое расстояние резонатора ОКГ в единицах ν иλ, используя формулу (2). Длина лазера L указана на установке; λ == 6328 Å.Сосчитав число промежутков между модами на экране, оцените видимую ширину спектральной линии неона ∆λ(Ne).Полагая, что ширина спектральной линии обусловлена эффектомДоплера и что видимая ширина линии неона порядка полуширины доплеровского контура (∆λ(Ne) ≈ ∆λD ), оцените среднюю скорость атомов неона vx и газокинетическую температуру T в разряде:mvx2kT'.22∆λDvx';λc9.10.11.12.1.2.3.4.(8)5. Выведите формулу (6) для разрешающей способности интерферометраФабри–Перо.6.
Как работает поляризационная развязка?7∗. При какой длине кюветы He-Ne-лазера, независимо от уровня накачки,генерация возможна не более чем на одной моде (одномодовый лазер)?СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Ландсберг Г.С. Оптика. — М.: Наука, 1976. Гл. XI, §§ 225, 227, 228.2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. IV. Оптика. — М.: Наука, 1986.Гл. XI, § 122.3. Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Основы Физики. — Т. I.
Механика, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика. — М.: Физматлит, 2001. Ч. 3, гл. 8, § 8.9.4∗. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. — М.: Сов. энциклопедия, 1969. С. 110–115, 165–177, 325–329. 414–415.Здесь vx — скорость молекул неона вдоль оси лазера; mNe = 20,2 а. е. м.;1 а. е. м. = 1,66 · 10−24 г.Рассчитайте дисперсионную область ∆λСИ сканирующего интерферометра по формуле (4) для l = 9 см и сравните её с видимой ширинойлинии неона ∆λ(Ne).Сравнив ширину отдельной моды на полувысоте с межмодовым расстоянием, оцените разрешение δλ сканирующего интерферометра и разрешающую способность R по формуле (5).Оцените коэффициент отражения зеркал интерферометра r по формуле (6).Зарисуйте в тетради вид осциллограммы спектральной линии (качественно); укажите измеренные параметры.Отключите осциллограф и оба блока питания.Контрольные вопросыОбъясните основные процессы, приводящие к появлению инверсной заселённости уровней неона.Почему плоскопараллельные пластинки, закрывающие с торцов рабочую кювету с гелий-неоновой смесью, устанавливают под углом Брюстера?Что такое моды? Получите формулу (2) для межмодового расстояния.В чём состоит условие возбуждения лазера?1011.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
