КОЭ световоды

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника»

Тема: Исследование прохождения лазерного излучения через световод

Студенты гр. 2281		Зимин И.П.
Преподаватель		Марцынюков С.А.

Санкт-Петербург

2025

Цель работы.

Исследование прохождения лазерного излучения через многоволоконный световод, оптических потерь в световоде, трансформации распределения излучения в сечении лазерного пучка после световода.

Описание лабораторной установки.

В данной работе основные исследования проводятся с использованием многоволоконного нерегулярного световода. Установка включает газоразрядный лазер, укрепленный на оптической скамье соосно с входным торцом световода (рисунок 1).

Поворотный столик П1 обеспечивает изменение угла падения ( ) лазерного пучка на входной торец световода. Мощность пучка, отраженного от входного торца световода   регистрируется фотоприёмником ФП1 и измерительным прибором ИП1. При необходимости зарегистрировать полную мощность излучения лазера   фотоприёмник ФП1 устанавливается перед световодом.

Мощность пучка, прошедшего световод  , регистрируется тем же фотоприемником ФП1, устанавливаемым вплотную к выходному торцу световода. Снятие радиального распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка осуществляется с помощью перемещаемого подвижкой П2 точечного фотоприемника ФП2 с диаметром приемного окна порядка 1 мм.

Рисунок 1 – структурная схема лабораторной установки

Обработка результатов эксперимента.

1. Приведем в таблицах 1 и 2 экспериментальные зависимости.

Таблица 1 – Зависимость мощности отраженного пучка от угла падения

	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
	19	20	20,8	22	22,8	23	26,2	27	28,6	30,7
	50	55	60	65	70	75	80	-	-	-
	33,2	35,5	40,7	48,9	57,8	59,3	94,5	-	-	-

Таблица 2 - Зависимость мощности, прошедшей световод, от угла падения

	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
	77,1	72,2	67,8	54,2	52,9	46,4	6,4	1,6	0,8	0,7
	50	55	60	65	70	75	80	-	-	-
	0,6	0,5	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	-	-	-

2. По экспериментальным зависимостям рассчитаем коэффициент отражения , коэффициент пропускания , коэффициент потерь в световоде .

Пример расчета для :

Результаты расчетов занесем в таблицу 3. По полученным значения построим зависимости (рисунки 2-5).

Таблица 3 – Зависимости коэффициентов отражение, пропускания, потерь от угла падения

	0	5	10	15	20	25	30	35	40
	0,08	0,08	0,08	0,09	0,09	0,09	0,11	0,11	0,12
	0,31	0,29	0,27	0,22	0,21	0,19	0,03	0,006	0,003
	0,61	0,63	0,64	0,69	0,69	0,72	0,87	0,88	0,88
	5,06	5,34	5,61	6,59	6,69	7,26	15,87	21,89	24,90
	45	50	55	60	65	70	75	80	-
	0,12	0,13	0,14	0,16	0,20	0,23	0,24	0,38	-
	0,003	0,002	0,002	0,002	0,002	0,002	0,002	0,002	-
	0,87	0,86	0,85	0,83	0,80	0,76	0,76	0,62	-
	25,48	26,15	26,94	27,91	27,91	27,91	27,91	27,91	-

Рисунок 2 – Зависимость коэффициента отражения от угла падения

Рисунок 3 – Зависимость коэффициента пропускания от угла падения

Рисунок 4 – Зависимость коэффициента потерь от угла падения [дБ]

Рисунок 5 – Зависимость коэффициента потерь от угла падения

3. По экспериментальным распределениям интенсивности (таблицы 1-3) построим графики для нормального и двух наклонных падениях входного луча (рисунок 6)

Таблица 4 – Распределение интенсивности выходного пучка при нормальном падении

	40	39	37	36	35	34
	0,01	0,01	0,1	0,2	0,5	1,7
	33	32	31	30	29	28
	5,9	9,4	6,3	1,7	0,1	0

Таблица 5 – Распределение интенсивности пучка при падении под углом

	25	26	27	28	29	30	31	32
	0	0,1	0,7	0,9	0,4	0,3	0,1	0,1
	33	34	35	36	37	38	39	40
	0	0,1	0,3	1,2	1,1	0,3	0,1	0

Таблица 6 – Распределение интенсивности пучка при падении под углом

	42	41	40	39	38	37	36
	0	0,1	0,4	0,6	0,5	0	0
	28	27	26	25	24	23	22
	0	0,1	0,3	0,4	0,2	0	0

Рисунок 6 – Распределение интенсивности для разных углов падения входного пучка

4. На рисунках 7, 8 изобразим распределение интенсивности при различных расстояниях до экрана L. Определим по ним

Рисунок 7 – Распределение интенсивности при L=325 мм

Рисунок 8 – Распределение интенсивности при L=215 мм

Также на рисунке 9 приведем картину распределения интенсивности излучения при установке дифракционной решетки за световодом.

Рисунок 9 – Картина распределения интенсивности при установке дифракционной решетки за световодом

5. Рассчитаем средние значения диаметра отверстий и шага дифракционной структуры.

Для , :

Для , :

Рассчитаем средние значения .

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы было исследовано прохождение лазерного излучения через многоволоконный световод.

При увеличении угла падения входного излучения растет мощность отраженного пучка, что приводит к уменьшению мощности на выходе. Особо резкий рост потерь наблюдается при угле . Коэффициенты отражения и потерь также растут при увеличении , а коэффициент пропускания соответственно падает (рисунки 2-5).

Из распределения интенсивности выходного излучения (рисунок 6) видно, что при нормальном падении сохраняется вид радиального распределения с большим центральным максимумом. При падении под углом распределение приобретает вид двух максимумов, расположенных симметрично относительно центра, при этом амплитуда в данном случае меньше чем при нормальном падении. При дальнейшем угле падения максимумы выходного излучения разъезжаются еще дальше от центра, и амплитуда становится еще меньше.

По распределению интенсивности излучения за дифракционной решеткой при разных расстояниях (рисунки 7,8) оценены средние размеры дифракционной структуры .

При расположении дифракционной структуры за выходным торцом световода дифракционная картина не наблюдается (рисунок 9), что связано с потерей пространственной когерентности из-за прохождения разными пучками различных путей, вследствие многократных внутренних отражений.