Исследование оптического спектра газового лазера с помощью сканирующего интерферометра, страница 4

где λ=632.8 нм – длина волны излучения лазера.

Линзы с фокусным расстоянием f_л ≥ f₀ обеспечивают необходимое преобразование пучка, если они расположены, как показано на рис. 8.

Минимальное значение радиуса пучка ω₀ для резонатора, образованного плоским и сферическим зеркалами, равно:

                                       (14)

где d – расстояние между зеркалами, R – радиус кривизны сферического зеркала.

Расстояния d₁и d₂определяются следующим образом:

                                    (16)

          В последних формулах знак перед корнем выбирается произвольно, но в обоих выражениях он должен быть одинаковым.

Программа работы

Предварительная подготовка

1. Изучить описание лазера, руководство к лабораторной работе, рекомендованную литературу.

2. Провести расчет согласования оптических резонаторов сканирующего интерферометра и газового лазера. Вариант расчета указывается преподавателем. Необходимые для расчетов данные приведены ниже:

Длина интерферометра d_J= 0.1 м; радиусы зеркал интерферометра R₁ = R_J = 0.3 м; R₃ = ∞; радиусы зеркал резонатора R₁ = R_L = 1.0 м, R₂ = ∞; d_L= 0.75 м; оптическая сила согласующей линзы P₁= 3.0 дптр, P₂= 3.25 дптр, P₃= 3.5 дптр, P₄= 3.75 дптр. (Оптическая сила – величина, обратная фокусному расстоянию, 1 дптр равна оптической силе линзы с фокусным расстоянием 1 метр).

          В результате проведенного расчета необходимо получить величины d₁и d₂, определяющие расстояние между лазером, линзой и интерферометром. Рассчитать постоянную сканирующего интерферометра и его разрещающую способность.

          Данные для расчета: d_J= 10 см, r₁ = r₂ = 98 %.

Работа в лаборатории.

При выполнении работы исследуется спектр излучения He-Ne лазера и пространственные характеристики пучка.

Исследование спектральных характеристик лазерного излучения

Работа выполняется со стандартным гелий-неоновым лазером (длина волны излучения λ = 0.63 мкм), работающим в режиме генерации ТЕМ₀₀ моды.

Блок-схема лабораторной установки для изучения спектральных характеристик лазерного излучения приведена на рис. 9,

Рис. 9. Схема установки для анализа спектра излучения

где

1 – He-Ne лазер;

2 – блок питания лазера;

3 – поляризатор;

4 – пластинка λ/4;

5 – согласующая линза;

6 – сканирующий интерферометр;

7 – источник питания интерферометра;

8 – фотоэлектронный умножитель (ФЭУ);

9 – блок питания ФЭУ;

10 – осциллограф;

11 – ПЗС-камера;

Э – экран с отверстием;

П – плоскопараллельная пластина.

          Настройку установки для наблюдения оптического спектра излучения лазера рекомендуется проводить в следующем порядке:

1. Установить на расчетном расстоянии от лазера сканирующий интерферометр. Расстояние необходимо измерять от выходного зеркала лазера до входного зеркала интерферометра. Луч лазера должен попадать приблизительно в центр входного окна интерферометра.

2. Поставить на расчетном расстоянии от лазера согласующую линзу, совместить центр линзы с оптической осью пучка.

3. Установить между лазером и сканирующим интерферометром оптический вентиль. Вращая поляризатор, настроить его положение на максимальную интенсивность прошедшего света. Далее, наблюдая на экране Э блик, отраженный от входного зеркала интерферометра, добиться его максимального ослабления, вращая оправу с пластинкой λ/4.

4.  Настроить входное зеркало интерферометра нормально к падающему лучу лазера. Настройка осуществляется путем вращения юстировочных винтов оправки входного зеркала интерферометра или юстировочного столика, на котором установлен интерферометр. Наблюдая на экране Э блик от зеркала, добиваются его совмещения с отверстием в экране. Экран в этом случае помещают между интерферометром и оптическим вентилем.

5. Направить луч лазера по оси интерферометра. С этой целью, открыв съемную крышку на корпусе интерферометра, следует рассмотреть след от переотражения луча между зеркалами. Если луч смещен относительно оптической оси, на зеркале будет наблюдаться яркая линия, длина и направление которой зависят от координат входа луча на поверхность сферического зеркала. Наклоняя плоскопараллельную пластину П в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет конструкция оправки, где закреплена пластинка, следует добиться, чтобы указанная линия стянулась в точку.