Описание установки

Основная часть установки – гелий-неоновый лазер с блоком питания (рис.5). Длина волны его излученияλ = 0,63 мкм, выходная мощность – до 1 мВт. Смесь He и Ne находится в стеклянной трубке 1 с впаянными электродами 2, к которым от блока питания прикладывается напряжение для зажигания и поддержания газового разряда. Трубка помещена между двумя зеркалами. Заднее (3) - хорошо отражающее, слегка вогнутое, переднее (выходное) – плоское, частично прозрачное (4). Трубки и зеркала укреплены на каркасе внутри защитного кожуха 5, установленного на штативе 6. На оправах зеркал имеются винты для их юстировки, то есть правильной установки. Трогать эти винты категорически запрещается! В боковой стенке кожуха проделано прямоугольное отверстие, через которое выходит люминесцентное излучение газового разряда. Луч лазера направляется вдоль оптической скамьи, на которую для проведения опытов устанавливаются на штативах различные оптические устройства из имеющегося на стенде комплекта.

Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений

Упражнение 1. Оценка угла расходимости лазерного пучка.

Установить на оптическую скамью экран с миллиметровой сеткой. Для двух положений экрана на скамье измерить диаметр пучка, для чего на экране карандашом обвести наиболее яркую часть пятна, создаваемого лучом лазера (исключая более слабый ореол, окаймляющий пятно). Угол расходимости φ рассчитать по формуле (см. рис. 6)

, (5)

где Δl - расстояние между двумя положениями экрана (не менее 0,5 м),

φ

d₂

d₁

Δd - изменение диаметра пучка, Δd = d₂ – d₁.

Δl

Рис. 6. Луч лазера с углом расходимости φ

Упражнение 2. Сравнение монохроматичности люминесцентного излучения

газового разряда и выходного излучения лазера

Установить на оптической скамье дифракционную решетку с собирающей линзой, а за ней - экран. Эта система позволяет наблюдать на экране спектр падающего на решетку излучения.

Вначале повернуть лазер к оптической скамье боком с отверстием для выхода люминесцентного излучения газового разряда и получить на экране спектр этого излучения. Затем направить лазер вдоль скамьи и получить на экране спектр выходного излучения лазера. Сравнить эти спектры и сделать вывод о монохроматичности исследованных излучений.

Упражнение 3. Оценка длины волны лазерного излучения

Наблюдая на экране, как в упражнении 2, спектр выходного лазерного излучения, измерить расстояние Δh от нулевого до первого дифракционного максимума и расстояние  Δs от дифракционной решетки до экрана. Оценить длину волны лазерного излучения по формуле

, (6)

где d = 10 мкм - период решетки.

Упражнение 4. Анализ поляризации выходного излучения лазера

Поместить на пути луча поляризатор, пропускающий только свет с определенным направлением плоскости колебаний электрического поля, а за ним - экран. Вращая поляризатор вокруг оси, совпадающей с лучом лазера, наблюдать на экране изменение интенсивности прошедшего сквозь поляризатор света. Определить угол, на который необходимо повернуть поляризатор, чтобы интенсивность прошедшего пучка изменилась от максимального значения до минимального. Сделать вывод о характере поляризации лазерного излучения.

Упражнение 5. Анализ временной когерентности лазерного излучения

П

Рис. 7. Получение интерференционной картины от толстой

плоскопараллельной стеклянной пластины

d

1

2

3

4

оместить на скамью перпендикулярно лучу лазера 1 (рис. 7) экран 2 с отверстием так, чтобы луч проходил сквозь отверстие. Далее за экраном поместить толстую стеклянную пластинку (4) с плоскопараллельными гранями перпендикулярно лучу, так чтобы отраженные от ее передней и задней поверхностей световые пучки падали на обратную сторону экрана как можно ближе к отверстию. Эти пучки, накладываясь, дают на обратной стороне экрана интерференционную картину. Для увеличения размеров этой картины поместить между экраном и отражающей стеклянной пластиной рассеивающую линзу 3. Получить на обратной стороне экрана интерференционную картину в виде чередующихся темных и светлых колец.

Зная толщину отражающей стеклянной пластины d и показатель преломления n стекла (они указаны на стенде), по формуле (7) определить оптическую разность хода 5 интерферирующих лучей

. (7)

Сделать вывод о временной когерентности лазерного излучения.

ВНИМАНИЕ! УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Запрещается направлять лазерный луч в лицо человеку, заглядывать в выходное зеркало, трогать винты на оправах зеркал!