Лабы / сканирующий интерферометр

Лабораторная работа

«Сканирующий интерферометр»

Работу выполнили

студенты группы Б18-211

Горохина Анастасия

Черепанов Павел

Хатков Амирхан

Цель работы: ознакомление с принципом работы сканирующего интерферометра и проведение с его помощью спектральных исследований газового лазера.

Введение: Ввиду расстояния между модами первые исследования спектра частот газовых лазеров были выполнены методом фотогетеродинирования. Этот метод дает высокую точность в определении расстояний между спектральными компонентами излучения лазера и позволяет определять спектральную ширину отдельной компоненты, однако не показывает относительную интенсивность этих компонент. Кроме того, возникают трудности регистрации биений с частотами более нескольких сотен мегагерц. 

В общем случае сканирующий интерферометр представляет собой многолучевой интерференционный прибор с фотоэлектрической регистрацией, обладающий высокой разрешающей способностью и состоящий из двух сферических зеркал с произвольными радиусами кривизны, одно из которых допускает прецизионное сканирование вдоль оптической оси прибора с помощью внешнего электрическою сигнала. Принцип работы такого устройства проще всею понять на примере интерферометра Фабри-Перо.

Обычно интерферометр Фабри-Перо помещается между длиннофокусными линзами, в фокальных плоскостях которых находятся диафрагмы (рис. 8.1). Перед входной диафрагмой c круговым отверстием диаметра Dвх устанавливается рассеивающая пластинка, через которую проходит исследуемое излучение. Выйдя через выходной объектив, излучение представляет собой набор плоских волн, падающих на интерферометр под различными углами. Плоская волна, падающая на интерферометр под определенным углом, в результате многократных отражений от зеркал и частичного выхода, после каждого отражения разбивается на большое число плоских когерентных волн, отличающихся по амплитуде и фазе. 

Период осцилляций составит Данная величина (или связанная с ней FSR = c/2L) называется областью свободной дисперсии интерферометра (Free Spectral Range)

Здесь фазовый сдвиг между двумя последовательными отражениями внутри интерферометра.

Для согласования необходимо, чтобы фокусное расстояние линзы превышало некий характерный размер f0, связанный с радиусами перетяжек каустик эквивалентных конфокальных резонаторов лазера w01 и интерферометра w02 (рис. 8.7): 

Схема установки

Рис. 1 Картина с осциллографа

Рис. 2 Картина с осциллографа, снятая по точкам

52 Гц – частота пилообразной кривой

Рис. 3 Картина с осциллографа, снятая по точкам, в увеличенном масштабе

Задание 1. Измерение ширины спектра линии генерации и расстояния между компонентами тонкой структуры.

0,08223-0,0858=0,00285s

Δν_ш =52.39 МГц

125 МГц *0,00112/0,0068=20,59 МГц

125Мгц*0,00116/0,0068=21,42 МГц

(20,59+21,42)/2=21 МГц

Задание 2. Определение разрешающей способности интерферометра

Теоретически

150/4=37,5

Экспериментально

0,08345-0,08389=0,00044 s

1,21924 Гц

0,08368-0,0905=0,00682

18,89822 Гц

18,89822/1,21924=15,5

Заключение.

В данной работе ознакомились с принципом работы сканирующего интерферометра и провели с его помощью спектральные исследования газового лазера.

Были сняты изображения с осциллографа (рис.1) и значения, с помощью которых были построены графики для дальнейших вычислений. (рис.2, рис.3)

По рис. 2 определили масштаб наших графиков по известной частоте пилообразной кривой. Далее по рис. 3 измерили ширину спектра линии генерации

Δν_ш=52,39 МГц

и расстояние между компонентами тонкой структуры

Δν_тс=21 Мгц.

Также была определена резкость интерферометра по формуле 8.6 теоретически и экспериментально с учетом того, что мы исследовали полуконфокальный интерферометр

F_т=37,5

F_э=15,5.

Как можно заметить полученные значения сходятся по порядку величины, но отличаются численно. Это связано с тем, что вместо рекомендуемой частоты 25 Гц использовалась частота 52 Гц. Из-за этого получили результат в двое меньше.