Спектр излучения Ne-He лазера
Ne-He лазер может генерировать одновременно на нескольких видах колебаний (модах резонатора), отличающихся друг от друга по частоте и амплитуде (рис. 17). Ширина доплеровской кривой атомного излучения неона (λ = 632,8 нм, = 4,741 1014 Гц) составляет ~ 1500 МГц. Так как основные виды колебаний (продольные моды) отличаются друг от друга на C/2L, то при длине резонатора, например, > 0,5 м, лазер будет генерировать на 1–5 (в зависимости от потерь) модах, отличающихся по частоте на ~ 300 МГц.
В резонаторе могут существовать наряду с продольными и поперечные моды. Для каждой продольной моды в объёме резонатора могут усиливаться (резонировать) волны, распространяющиеся под некоторыми (очень малыми) углами к оси резонатора. Число поперечных мод, обозначаемое обычно буквами m и n (для двух взаимно-перпендикулярных плоскостей), определяется конфигурацией резонатора, расстоянием между зеркалами, радиусом кривизны зеркал и, главным образом, диаметром активной среды (газоразрядной трубки).
Разность частот между соседними поперечными модами гораздо меньше, чем между продольными. Легко «подавить» поперечные моды с помощью диафрагмы, помещаемой внутри резонатора. При этом мощность продольных мод возрастает за счёт увеличения числа активных частиц (освободившихся от формирования поперечных видов колебаний).
Виды колебаний резонатора обозначают TEMmnq (Transverse Electro Magnetic), чтобы показать, что векторы электрического и магнитного полей в большинстве случаев перпендикулярны оси резонатора. Числа m, n, q указывают на число полуволн, укладывающихся вдоль ширины, высоты и длины резонатора.
Резонатор и его характеристики определяют спектральный состав излучения. Используя селекцию продольных и поперечных мод, можно получить одночастотный режим работы лазера, обеспечивающий его высокую временную и пространственную когерентность. Для одночастотного Ne-He лазера при наличии высокой добротности резонатора (рез ≤ 1 МГц) можно получить ширину линии генерации менее 100 кГц, что соответствует длине когерентности > 3 км.
Выполнение работы
1. Определение длины волны излучения Ne-He лазера
1. Включите лазер. Будьте внимательны и осторожны при работе с лазером!
2. Направьте лазерный луч на дифракционную решетку с известным периодом. Получите дифракционную картину на экране.
3. С помощью миллиметровой шкалы и линейки проведите измерения тангенсов углов дифракции.
4. Рассчитайте длину волны излучения и сравните полученное значение с табличным.
2. Исследование распределения интенсивности в лазерном пучке
Блок-схема экспериментальной установки показана на рис. 20.
Рис. 20. Блок-схема экспериментальной установки
Фотоприёмником служит кремниевый фотодиод ФД-24К с регулируемой по высоте и ширине диафрагмой. Фототок регистрируется с помощью шунта и вольтметра В7-38.
Для автоматизации измерений используется микрокомпьютер «Импульс». Информация от вольтметра в виде импульсов, длительность которых пропорциональна измеряемому фототоку через порт ввода-вывода на микросхеме КР580ВВ55 передаётся в память компьютера.
Программа выполнения работы написана на Бейсике, имеет длину 8 кбайт и хранится в ПЗУ типа 573 РФ4, встроенном в микрокомпьютер. Включение ПЗУ с программой производится тумблером на задней панели компьютера.
Запуск программы осуществляется вводом команды RANDOMIIZE USR 57344. Ввод команд производится нажатием клавиши «ENTER».
Для измерений распределения подбираются размеры высоты и ширины диафрагмы, а также такое положение фотоприёмного блока, чтобы перемещение проходило через центр лазерного пучка.
Проведите измерения распределения интенсивности. Распечатайте графики. Объясните полученные результаты.