Порядок выполнения работы

Включение лазера осуществляется автоматически. Достаточно лишь включить тумблер «Сеть» на панели блока питания. При этом должна загореться сигнальная лампочка. Через несколько минут начинает генерировать излучение.

ВКЛЮЧАТЬ ЛАЗЕР МОЖЕТ ТОЛЬКО ЛАБОРАНТ ИЛИ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ!

При работе с лазером необходимо строго соблюдать меры предосторожности, вытекающие из использования в системе его питания источника высокого постоянного напряжения. Студенты должны помнить о том, что всякое перемещение лазера как во включенном, так и в выключенном состоянии категорически запрещается!

Попадание в глаза прямого излучения лазера опасно для зрения. Поэтому при работе свет от лазера разрешается наблюдать исключительно после отражения на экране с рассеивающей поверхностью.

Упражнение 1. Измерение угла расходимости лазерного луча.

Для измерения расходимости луча в данной работе используется метод сечения пучка как наиболее простой.

Схема представлена на рис. 7.4.

Рис. 7.4 Схема измерения угла расходимости излучения лазера

Упражнение выполняется в следующей последовательности:

1. Установить экран перпендикулярно оси пучка на расстоянии L от выходного отверстия лазера.

2. Измерить сечение луча на выходе из лазера d и на различных расстояниях от выходного зеркала Д. Диаметры луча измеряются визуально любым измерительным прибором. Если след луча на экране имеет не круглое сечение, то следует измерять размеры пятна в вертикальном (Д₁) и горизонтальном (Д₂) направлениях. Тогда

З. Рассчитать угол расходимости из выражения

(7-3)

4. Измерения провести многократно. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 4.

Таблица 4

№ п/п	L м	d м	Д1, м	Д2, м	Дср’ м	Θί’ рад	Θср’ рад	Θтеор’ рад
1 2 3 4 5

5. Провести математическую обработку результатов измерения.

6. Рассчитать теоретический угол расходимости луча лазера по формуле (7-2) и сравнить с полученным из опыта Θ_ср.

7. Сделать соответствующие выводы.

Упражнение 2. Изучение спектра лазерного излучения и измерение длины волны.

Изучение спектров излучения (наблюдение спектральных линий) и измерение длин волн выполняется с помощью монохроматора типа УМ-2, который выделяет участки спектра в диапазоне длин волн от 380 до 1000 нм. Подробное описание монохроматора УМ-2 приведено в лабораторной работе 6.

Таблица 5

№ п/п	Цвет спектральной линии	Отчет по барабану	Длина волны λ, м
1 2 3 · 14
Изучение лазера

Упражнение выполняется в следующей последовательности.

1. Провести градуировку монохроматора (см. описание в лаб.раб.6). Данные занести в табл. 5 и построить градуировочный график.

2. ВНИМАНИЕ! С ПОМОЩЬЮ МИКРОМЕТРИЧЕСКОГО ВИНТА 7 НА ОБЪЕКТИВЕ МОНОХРОМАТОРА УСТАНОВИТЬ МИНИМАЛЬНУЮ ШИРИНУ ВХОДНОЙ ЩЕЛИ МОНОХРОМАТОРА ТАК, ЧТОБЫ ИНТЕНСИВНОСТЬ САМЫХ ЯРКИХ ЖЕЛТЫХ ЛИНИЙ БЫЛА МИНИМАЛЬНОЙ.

З. С помощью конденсора сфокусировать луч лазера на щель монохроматора. В окуляр монохроматора наблюдать спектр лазерного излучения. Вращая барабан в обе стороны, убедиться в монохроматичности лазерного излучения (видна одна красная линия).

4. Совместив линию излучения лазера с острием указателя, произвести отсчет по барабану. Данные занести в табл. 5.

5. По градуировочному графику определить длину волны лазерного излучения. Сделать заключение.

Упражнение 3. Исследование пространственной когерентности лазерного излучения.

1. С помощью небольшого источника света (лампочки) и дифракционной решетки убедиться, что подобный источник дает излучение со сферическим фронтом волны и дифракционная картина на экране не наблюдается.

2. Убедиться в том, что в случае газового лазера наблюдается четкая дифракционная картина на экране даже в том случае, если дифракционную решетку поместить непосредственно вблизи выходного зеркала лазера.

З. Установив на оптической скамье дифракционную решетку и экран на расстоянии L друг от друга, измерить расстояния между левым и правым максимумами х_m наибольшего видимого порядка m (обычно m = 3). Данные занести в табл. 6.

Таблица 6

№ п/п	Порядок спектра, m	xm, мм (измер.)	λ, мм	sin φm	tg φm	L, мм	xm, мм (расчет)

4. Для измеренного в упражнении 2 значения длины волны λ лазерного излучения рассчитать угол дифракции φ_m соответствующего спектра (m = 3) по формуле

(7-4)

где d – постоянная решетки (в нашем случае d = 10^5 м).

5. Для выбранного расстояния L между плоскостью экрана и плоскостью дифракционной решетки рассчитать расстояние между левым и правым максимумами х_m соответствующего порядка m по формуле

(7-5)

6. Сравнить полученные значения х_m с измеренными и сделать соответствующие выводы.

Упражнение 4. Исследование степени поляризации лазерного излучения.

Порядок выполнения упражнения следующий.

1. Собрать схему экспериментальной установки (рис. 7.5).

Рис. 7.5 Схема экспериментальной установки

2. Поворачивая поляроид в оправе, найти максимальное I_max и минимальное I_min отклонения стрелки микроамперметра. Определить степень поляризации лазерного луча по формуле:

(7-6)

3. Сделать вывод.