Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение расхождения луча гелий-неонового лазера ЛГН‑109.

1. Включить в сеть 220 В лазер ЛГН-109. Для этого убедиться, что тумблер «Вкл — Откл» на задней панели лазера находится в положении «Откл», проверить надежность заземления лазера и включить вилку шнура питания в розетку. Тумблер «Вкл — Откл» поставить в положение «Вкл».

2. Поставить на пути лазерного луча на расстоянии L = 1 м от лазера непрозрачный экран (тетрадь, лист бумаги) и получить на экране световое пятно. С помощью линейки измерить расстояние L и диаметр d светового пятна; пользуясь формулой , определить угол расхождения лазерного луча.

Задание 2. Исследование излучения гелий-неонового лазера.

1. На пути лазерного луча закрепить фотоэлемент, соединенный с цифровым милливольтметром.

2. Включить в сеть 220 В цифровой милливольтметр и прогреть его на протяжении 1 — 2 минут.

3. Между лазером и фотоэлементом поставить поляроид-анализатор.

4. Определить пропускание поляроида в процентах

,

где — интенсивность света, который падает на поляроид; І — интенсивность света, проходящего через него. Для этого вращением поляроида вокруг горизонтальной оси добиться максимального показания милливольтметра . Учитывая, что напряжение на фотоэлементе пропорционально интенсивности лазера, можно записать:

,

где — показания милливольтметра при отсутствии поляроида на пути лазерного луча.

Замечание: показания милливольтметра записать с точностью до целых милливольт.

5. Исследовать, как изменяется пропускание поляроида при вращении его вокруг горизонтальной оси от 0° до 360° через каждые 10°.

6. Провести нормировку показаний милливольтметра к единице, для чего все значения U поделить на .

7. Построить график зависимости пропускания поляроида от угла поворота в полярных координатах.

8. Сделать вывод о поляризации излучения гелий-неонового лазера.

Задание 3. Исследовать влияние фазовой пластинки на линейно поляризованный свет.

В качестве фазовой пластинки в данной работе используется слюдяная пластинка в четверть волны (пластинка в ). Как известно, при прохождении света через кристалл имеет место двойное лучепреломление. Возникают два луча, один из которых называется обыкновенным, а другой — необыкновенным. Обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются с разными скоростями, отличаются их показатели преломления и , и они линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Поэтому при прохождении через пластинку толщиной d они приобретают разность хода, равную , и поэтому отличаются по фазе на . Если толщина пластинки такая, что разность хода равна четверти длины волны , то разность фаз будет .

С помощью такой пластинки линейно поляризованный свет можно преобразовать в поляризованный по кругу или эллипсу.

Круговую поляризацию можно получить, если плоско поляризованный свет пропустить через эту пластинку так, чтобы плоскость поляризации составляла 45° с главным направлением пластинки. Если этот угол будет отличаться от 45°, то поляризация будет эллиптической.

1. Установить поляроид между лазером и фотоэлементом и вращением его получить минимальное показание милливольтметра.

2. Между лазером и поляроидом установить слюдяную пластинку. Поворачивать пластинку вокруг своей оси от 0° до 360° через каждые 10° и записывать показания милливольтметра (поляроид должен оставаться в одном и том же положении).

3. В полярных координатах построить график зависимости показаний милливольтметра (в нормированном виде) от угла поворота пластинки.

4. Сделать анализ полученных данных. На графике определить 4 точки, в которых показания милливольтметра минимальные.

5. Определить значение угла поворота слюдяной пластинки, которое соответствует минимальному показанию милливольтметра, и увеличить его на 45°.

6. Для нового положения слюдяной пластинки (угол 45°), изменяя угол поляроида от 0° до 360°, записывать показания милливольтметра через каждые 10°.

7. В полярной системе координат (в нормированном виде) построить график зависимости показаний милливольтметра от угла поворота поляроида. Убедиться, что в данном случае на фотоэлемент падает свет, поляризованный по кругу.

8. Чтобы получить эллиптически поляризованный свет, необходимо выполнить все пункты с 5 по 7, только значение угла 45° заменить на 30°.

Задание 4. Измерение энергии излучения импульсного лазера.

Для измерения энергии излучения рубинового лазера в данной работе используется измеритель средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-2Н. Он состоит из блока регистрации и измерительной головки, закрепленной на юстировочном механизме. Принцип действия прибора ИМО-2Н основан на поглощении приемным элементом измерительной головки мощности или энергии лазерного излучения и преобразование ее в эквивалентное значение термоЭДС, которое отсчитывается по стрелочному индикатору блока регистрации в соответствующих единицах измерения.

1. Поставить тумблер «Сеть» в нижнее положение, а переключатель рода работ в положение «Арретир».

2. Проверить заземление прибора и подключение измерительной головки, которая должна стоять против выходного зеркала рубинового лазера.

3. Подключить прибор к сети 220 В. Тумблер «Сеть» поставить в верхнее положение. При этом должна гореть индикаторная лампа.

Рис. 8.10. Органы управления и контроля ИМО-2Н: 1 — стрелочный индикатор; 2 — установка усиления по энергии; 3 — переключатель рода работ; 4 — инди-каторная лампа; 5 — включатель сети; 6 — установка усиления по мощности; 7 — переключатель границ измерений; 8 — установка нуля

Внимание: прибор прогревать на протяжении 30 минут.

4. Ознакомиться со схемой установки с рубиновым лазером на плакате в лаборатории. Найти соответствующее оборудование на лабораторном столе.

5. Произвести калибровку прибора ИМО-2Н. Для этого:

• поставить переключатель рода работ в положение «Энергия — Измерение», а границы измерений — 0,1 Дж (пользоваться нижней шкалой переключателя);

• ручкой «Установка нуля» на передней панели прибора поставить стрелку индикатора в нулевое положение;

• поставить переключатель рода работ в положение «Калибровка». На протяжении 5 минут стрелка индикатора должна отклониться на 100±5 делений. В противном случае добиться этого регулировкой резистора «Усиление».

6. Поставить переключатель рода работ в положение «Энергия — Изме­рение», а границы измерений — 0,3 Дж и подождать, пока стрелка вернется в положение, близкое к нулевому. Ручкой «Установка нуля» на передней панели прибора поставить стрелку индикатора в нулевое положение.

Прибор ИМО-2Н готов к измерениям.

7. В присутствии преподавателя тумблеры «Сеть» блоков питания лазера ЗУ и ПУ перевести в верхнее положение.

8. Перевести тумблер «Заряд» блока ЗУ в верхнее положение и в момент, когда показания вольтметра на передней панели блока ЗУ будет соответствовать 2300 В, тумблер «Заряд» перевести в положение «Выкл».

9. Глядя на индикатор ИМО-2Н, нажать вынесенную кнопку «Поджиг». В момент нажатия кнопки произвести отсчет максимального показания стрелки индикатора, которое соответствует энергии излучения лазера. Записать значение .

10. Подсчитать электрическую энергию, накопленную конденсаторами, находящимися под лабораторным столом (часть этой энергии перешла в энергию излучения в момент нажатия кнопки «Поджиг»):

[Дж],

где  Ф, U = 2300 В.

11. Определить КПД рубинового лазера:

.

12. Выключить приборы: поставить переключатель рода работ ИМО-2Н в положение «Арретир», а границы измерений — 10 Дж; тумблер «Сеть» поставить в нижнее положение; отключить прибор от сети 220 В; тумблеры «Сеть» блоков питания лазера ЗУ и ПУ перевести в нижнее положение.

Задание 5. Исследовать угловое распределение излучения полупроводникового лазера.

1. Включить в сеть 220 В генератор импульсов ГИ (рис. 8.9), питающий полупроводниковый лазер, и высоковольтный выпрямитель ВВ питания электронно-оптического преобразователя ЭОП и дать им возможность прогреться на протяжении 2 — 3 минут.

2. Перед электронно-оптическим преобразователем поставить слайд и наблюдать его изображение на экране ЭОП.

3. Исследовать угловое распределение излучения лазера.