Скачиваний:
53
Добавлен:
09.05.2014
Размер:
720.38 Кб
Скачать

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

Кафедра физики

Лабораторная работа №5

«Исследование излучения гелий-неонового лазера»

Выполнил студент

Преподаватель

Соболева Г.А.

Санкт-Петербург

2005

Цель работы – исследование некоторых характеристик излучения гелий-неонового (He-Ne) лазера.

Теория работы.

Характерными особенностями излучения лазеров являются: когерентность (временная и пространственная), монохроматичность и направленность.

Особенности излучения лазеров - концентрация основной части излучаемой энергии в узком спектральном интервале и малом телесном угле - обусловлена тем, что в лазерах излучение происходит при вынужденных (индуцированных), а не спонтанных переходах.

Наиболее коротко лазер можно определить как объем активного вещества, заключенный в оптическом резонаторе. Под активным веществом понимают вещество, атомы и молекулы которого путём подвода энергии (накачки) поддерживаются в таком возбужденном состоянии, когда населенность верхнего рабочего уровня выше нижнего.

Оптический резонатор в простейшем случае представляет собой систему из двух параллельных зеркал. Одно из зеркал изготавливается с максимально возможным коэффициентом отражения, другое делают частично-прозрачным, через него выходит генерируемое излучение. Такой резонатор называют открытым, боковые стенки у него отсутствуют. В открытом резонаторе энергия накапливается только в виде стоячих волн, распространяющихся вдоль (или под очень малым углом) оси прибора.

При выполнении данной работы используется лазер на смеси инертных газов гелия и неона (He-Ne). Рабочим газом является неон, т.е. генерация обусловлена излучением атомов неона. Гелий играет вспомогательную роль, он необходим для создания инверсной населенности рабочих уровней неона.

На рисунке приведена упрощенная схема нижних уровней гелия и неона. Стрелками обозначены переходы, на которых возможна генерация; жирными линиями обозначены группы близких уровней. Генерации соответствует переход между отдельными уровнями, а не группами.

Схема установки

Установка состоит из лазера и оптической скамьи, на которой размещены поляризационное устройства и приемник излучения, соединенный с измерительным прибором (микроамперметром).

Поляризационное устройство состоит из поляроида, который можно поворачивать на 360 градусов в плоскости, перпендикулярной лучу лазера. Угол поворота регистрируется по шкале с градусными делениями, приемник излучения состоит из фотодиода, перед которым стоит диафрагма с малым круглым отверстием. Отверстие диафрагмы можно установить в центре светового пятна. Приемник можно расположить так, что диафрагма пересечет лазерный пучок по диаметру.

Необходимо провести исследование поляризации и расходимости. Целесообразно изначально найти положение, соответствующее минимуму интенсивности и от него вести отсчет с шагом 15 градусов. По данным угла поворота, интенсивности и нормированного значения интенсивности строят график зависимости нормированной интенсивности от угла поворота, либо от квадрата косинуса этого угла.

Исследование распределения интенсивности по сечению пучка выполняют, перемещая фотоприемник так, чтобы его входное отверстие двигалось вдоль одного из диаметров светового пятна. Показания приборов должны от нуля возрастать до максимума, и опять спадать опять до нуля.

Для вычисления расходимости необходимо исследование распределения интенсивности выполнить в двух сечениях пучка, удаленных от выходного окна лазера на расстояние 0.2 и 1 метр, как это схематически изображено на рисунке ниже.

Интенсивность излучения фиксируется по микроамперметру.

Результаты измерений.

  1. Исследование поляризации.

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

195

210

0

0

1,5

5

10

13,5

18

19

17

13

8

3

0

0

2

0

0

0,08

0,26

0,53

0,71

0,95

1

0,89

0,68

0,42

0,16

0

0

0,11

225

240

255

270

285

300

315

330

345

360

6

10,5

15

17

17

15

10,5

6

2

0

0,32

0,55

0,79

0,89

0,89

0,79

0,55

0,32

0,11

0

  1. Исследование расходимости.

Отсчет

18

17,8

17,6

17,4

17,2

17

16,8

16,6

16,4

16,2

16

15,8

15,6

0

1

5

13

19

23

24

24

23

17

8

2

0

0

0,08

0,33

0.71

0,96

1

1

0,96

0,79

0,54

0,71

0,04

0

18,7

18.5

18,3

18.1

17.9

17.7

17.5

17.3

17,1

16.9

16,7

16,5

16,3

16,1

15,9

0

0,5

2

5

9

15,5

18,5

19

19

19

13.5

9

4

2

0

0

0,03

0,11

0,26

0,47

0,71

0,92

1

1

1

0,71

0,47

0,21

0,11

0

По графику измерено:

Вывод. Излучение лазера линейно поляризовано и сосредоточено в малом угле

Соседние файлы в папке var1