4.2. Описание лабораторной установки.

В данной работе основные исследования проводятся с использованием многоволоконного нерегулярного световода (рис. 4.5). Установка включает гелий-неоновый лазер (λ = 632,8 нм), укрепленный на оптической скамье соосно с входным торцом световода (рис. 4.6). Поворотный столик П1 обеспечивает изменение угла падения (θ_пад) лазерного пучка на входной торец световода. Мощность пучка, отраженного от входного торца световода Р_отр регистрируется фотоприемником ФП1 и измерительным прибором ИП1. При необходимости зарегистрировать полную мощность излучения лазера Р_вх фотоприемник ФП1 устанавливается перед световодом. Мощность пучка, прошедшего световод Р_вых, регистрируется тем же фотоприемником ФП1, устанавливаемым вплотную к выходному торцу световода. При регистрации мощностей излучения лазера, отраженного и прошедшего световод пучков лазерный луч должен попадать в центр приемной площадки фотоприемника. 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.

Установка позволяет исследовать также прохождение лазерного излучения через оптические элементы в виде стеклянных параллелепипеда, прутка и трубки. Источником излучения в данном случае служит полупроводниковый лазер видимого диапазона. Эксперименты по передаче изображения базируются на использовании регулярного световода с входной и выходной оптическими системами и экрана.

Оценка степени пространственной когерентности излучения производятся с помощью регулярной дифракционной структуры Д – металлической мелкоструктурной сетки с круглыми отверстиями диаметром d и шагом D по координатам x, y в плоскости сетки. Структура устанавливается поочередно на пути прямого лазерного пучка либо перед световодом, либо – после световода.

Рисунок 6 - Структурная схема лабораторной установки

Рисунок 7 - Распределение экстремумов дифракционной функции

Контроль распределения интенсивности в поперечном сечении дифрагированного пучка осуществляется вручную или фотографически (рис. 4.7). Углы дифракционной расходимости θ₁ и θ₂ могут быть найдены экспериментально по измеренным расстояниям между экстремумами x₁, x₂ и расстоянию от сетки до экрана L: θ₁ ≈ x₁ / L, θ₂ ≈ x₂ / L. Используя известные из теории дифракции соотношения для θ₁ ≈ λ / d и θ₂ ≈ λ / D, а также их экспериментальные значения, можно оценить размеры дифракционной структуры d и D.

Обработка результатов

1. Приведем полученные экспериментальные значения в таблицах 1 и 2 соответственно.

Таблица 1 – Полученные экспериментальные значения в зависимости от

5	15,9
10	17,0
15	18,5
20	19,4
25	20,4
30	21,7
35	22,8
40	23,8
45	26,7
50	27,8
55	33,7
60	45,3
65	46,5
70	64,5
75	97,5
80	151,5

Таблица 2 – Полученные экспериментальные значения в зависимости от

0	78,2
5	72,2
10	67,2
15	65,1
20	64,2
25	19,1
30	2,8
35	0,9
40	0,8

Продолжение таблицы 2

45	0,6
50	0,5
55	0,5
60	0,4
65	0,4
70	0,4
75	0,3
80	0,2

2. Приведем таблицы 3 5 и изобразим графики расчетных зависимостей коэффициента отражения , коэффициента пропускания , коэффициента потерь в световоде на рисунках 1-3 соответственно:

Коэффициенты рассчитываем по формулам (1) – (3):

(1)

(2)

(3)

Таблица 3 – Рассчитанные значения коэффициента отражения

0,064	15,9
0,068	17,0
0,074	18,5
0,078	19,4
0,082	20,4
0,087	21,7

Продолжение таблицы 3

0,091	22,8
0,095	23,8
0,107	26,7
0,111	27,8
0,135	33,7
0,181	45,3
0,186	46,5
0,258	64,5
0,39	97,5
0,606	151,5

Таблица 4 - Рассчитанные значения коэффициента пропускания

0,313	78,2
0,289	72,2
0,269	67,2
0,26	65,1
0,257	64,2
0,076	19,1
0,011	2,8
0,004	0,9
0,003	0,8
0,0024	0,6
0,002	0,5
0,002	0,5
0,0016	0,4
0,0016	0,4
0,0016	0,4
0,0012	0,3
0,0008	0,2

Таблица 5 – Рассчитанные значения коэффициента потерь в световоде

, дБ
	0,064	0,289
0,663	0,068	0,269
0,666	0,074	0,26
0,665	0,078	0,257
0,842	0,082	0,076
0,902	0,087	0,011
0,905	0,091	0,004
0,902	0,095	0,003
0,891	0,107	0,0024
0,887	0,111	0,002
0,863	0,135	0,002
0,817	0,181	0,0016
0,812	0,186	0,0016
0,74	0,258	0,0016
0,609	0,39	0,0012
0,393	0,606	0,0008

Примеры расчетов:

1. 

2. 

3. 

Остальные расчеты проводим аналогично.

Теперь построим графики расчетных зависимостей, изобразим их на рисунках 1-3.

Рисунок 8 – Зависимость коэффициента отражения от угла падения луча

Рисунок 9 - Зависимость коэффициента пропускания от угла падения луча

Рисунок 10 – Зависимость коэффициента потерь в световоде от угла падения луча

3. Приведем таблицу 6 и изобразим графики распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка для нормального и двух наклонных падений входного луча на рисунках 4-6 соответственно:

Таблица 6 – Полученные экспериментальные значения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка для нормального и двух наклонных падений входного луча

	z, мм			z, мм			z, мм
0	9		0	9		0	9
0	11		0	11		0,1	11
0,1	13		0,2	13		0,4	13
0,2	15		1,2	15		0,2	15
2,6	17		0,6	17		0	17
3,4	19		0,2	19		0	19
0,6	21		1,4	21		0	21
0	23		1	23		0,4	23
0	25		0	25		0,7	25
0	27		0	27		0,1	27
0	29		0	29		0	29

Теперь построим графики по полученным значениям, отобразим их на рисунках 4-6:

Рисунок 11 - Зависимость распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка для нормального падения входного луча

Рисунок 12 - Зависимость распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка для наклонного падения входного луча

Рисунок 13 - Зависимость распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка для наклонного падения входного луча

3. Покажем картины распределения интенсивности в экстремумах дифракционных функций для двух значений расстояния L, а также картину распределения интенсивности излучения при установке дифракционной решетки за световодом и изобразим их на рисунках 7-9 соответственно:

Рисунок 14 - Распределение интенсивности в экстремумах дифракционных функций при L=300 мм

Рисунок 15 - Распределение интенсивности в экстремумах дифракционных функций при L=200 мм

Рисунок 16 - Распределение интенсивности излучения при установке дифракционной решетки за световодом (дифракционной картины не наблюдается)

3. Рассчитаем средние значения диаметра отверстий d и шага D дифракционной структуры.

Используя известные из теории дифракции соотношения (4-5), а также их экспериментальные значения, можем оценить размеры дифракционной структуры d и D.

	(4)
	(5)

где углы дифракционной расходимости.

Углы дифракционной расходимости могут быть найдены экспериментально по измеренным расстояниям между экстремумами и расстоянию от сетки до экрана L (6-7).

	(6)
	(7)

Тогда получим

• Для

• Для

ВЫВОД

В ходе выполнения лабораторной работы были достигнуты следующие результаты.

Были составлены таблицы экспериментальных зависимостей коэффициентов отражения и пропускания от угла падения света на световод.

Также были построены таблицы и графики расчетных зависимостей коэффициента отражения, коэффициента пропускания и коэффициента потерь в световоде от угла падения света.

Были получены таблицы и графики распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка света для различных углов падения входного луча.

В ходе эксперимента были получены картины распределения интенсивности в экстремумах дифракционных функций для двух значений расстояния между решеткой и световодом, а также распределение интенсивности излучения при установке дифракционной решетки за световодом.

Наконец, был произведен расчет средних значений диаметра отверстий и шага дифракционной структуры.