Раздел V. Практикум по квантовой электронике и волоконной оптике

Гелий-неоновый лазер

В лабораторной работе изучаются принцип действия и конструктивные особенности гелий-неонового лазера. В методическом описании лабораторной работы приведены общие принципы получения лазерной генерации, а также особенности создания инверсной населенности в газовом разряде смеси гелия и неона. Рассмотрены оптические резонаторы, потери в резонаторах, условия, необходимые и достаточные для возникновения лазерной генерации. Рассмотрены виды уширения линии рабочего перехода, насыщение коэффициента усиления.

В экспериментальной части работы исследуются пространственные и поляризационные характеристики излучения, а также спектр генерации путем наблюдения радиочастотного биения между продольными и поперечными модами.

Выполнение работы позволяет приобрести навыки работы с лазером, фотоприемником, интерферометром Фабри-Перо, анализатором спектра

Генерационные свойства активного стекловолокна

В лабораторной работе изучаются генерационные характеристики многоволоконного безрезонаторного лазера на кварцевом стекле с примесью ионов неодима, работающего как в допороговом так и надпороговом режимах генерации. Целью работы является ознакомление с особенностями временных зависимостей спонтанного излучения, усиленного спонтанного излучения и вынужденного излучения

В работе экспериментально исследуется влияние условий отражения на торцах световода на энергетические характеристики лазера и на пороговую энергию накачки. Обсуждаются особенности распространения излучения в волоконном многомодовом световоде, усиление и потери излучения в световодах, активированных неодимом, виды обратной связи. Экспериментально исследуются зависимости формы и энергии импульса излучения от энергии накачки. Регистрируется порог генерации.

В описании лабораторной работы даны основы теории спонтанного, вынужденного излучения, усиленного вынужденного излучения и сверхизлучения. Приведены необходимые сведения по физике волоконно-оптических устройств. Для конкретных параметров световодов предлагается рассчитать угол расходимости генерируемого излучения и число мод, способных распространяться по данному волокну.

Иттербиевый волоконно-оптический лазер.

Лабораторная работа знакомит с устройством, принципом работы, генерационными и спектральными характеристиками излучения одномодового волоконно-оптического лазера с полупроводниковой накачкой. Целью работы является измерение спектра, мощности излучения, ватт-амперных характеристик и КПД волоконно-оптического лазера в режиме непрерывной генерации.

Экспериментальная часть работы включает в себя измерение мощности лазера накачки и волоконного лазера в до- и надпороговом режимах генерации, измерение спектра излучения волоконного лазера и его зависимости от мощности накачки. Полученные экспериментально генерационные характеристики сравниваются с теоретическими зависимостями и определяются внутренние параметры лазера, не доступные для прямого измерения.

В теоретической части задачи обсуждается принцип работы волоконно-оптического лазера, дана его оптическая схема, описаны структура активного стекловолокна, обеспечивающая эффективное согласование излучения накачки с активными частицами, и устройство распределенных брэгговских зеркал, приведена полуклассическая теория волоконного лазера. Особое внимание уделяется анализу влияния различных факторов на КПД лазера.

Выполняющие лабораторную работу приобретают навыки практического использования полупроводниковых и волоконно-оптических лазеров а также методов и средств измерения их энергетических и спектральных характеристик. 

Интегральные потери в элементах волоконно-оптической линии связи.

Лабораторная работа посвящена изучению физических механизмов потерь в элементах волоконно-оптической линии связи и особенностей эксперимента в волоконной оптике. Целью работы является ознакомление с основными видами потерь в волоконных световодах (поглощение, линейное и нелинейное рассеяние, радиационные потери), с потерями на ввод излучения в волоконные световоды и с потерями на соединение световодов

Измерения потерь в лабораторной работе проводятся методом светопропускания. Экспериментальная часть работы включает в себя измерение мощности источника излучения, мощности на выходе волоконно-оптических линий связи на основе различных типов световодов в отсутствие и при наличии макро и микро-изгибов. Определяется критический радиус изгиба исследуемых волоконных световодов. Демонстрируется существенная зависимость потерь при вводе излучения в световод и потерь на соединение световодов от качества обработки поверхности торцов световодов. Выполняющие лабораторную работу приобретают навыки практической работы с аппаратом сварки оптических волокон, с устройствами ввода оптического излучения в волоконные световоды и с измерительной аппаратурой, применяемой в волоконно-оптических системах связи. 

Исследования параметров обратного рассеяния световодов.

В лабораторной работе изучаются физические механизмы рассеяния в волоконных световодах, а также принципы измерения спектральных и энергетических характеристик обратного рассеяния с пространственно-временным разрешением. Целью работы является ознакомление с основными видами рассеяния в волоконных световодах: рэлеевское рассеяние, спонтанное и вынужденное рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, рассеяние на неоднородностях световодов, рассеяние на торцах световодов и в местах их соединений.

Измерения амплитуды обратного рассеяния проводятся с использованием импульсной методики, обеспечивающей пространственное разрешение. Использование гетеродинной методики позволяет измерять амплитуду и частоту различных компонент рассеянного излучения. Экспериментальная часть лабораторной работы включает в себя измерения распределения амплитуды рассеянного назад излучения вдоль волоконно-оптической линии связи, определение вклада различных механизмов обратного рассеяния в суммарный сигнал, изучение влияния температуры и механических напряжений на амплитуду обратного рассеяния. По полученным экспериментальным данным строится кривая затухания волоконно-оптической линии связи.

Лабораторная работа знакомит с принципом действия и дает практические навыки использования важнейшего прибора для тестирования волоконно-оптических линий связи – оптического рефлектометра с пространственно-временным разрешением