Предварительная подготовка к работе

 

2.1. Рекомендуемая литература:

1. Быков В.П. и др. Лазерные резонаторы. -М.: Физматлит, 2004, 320с.

2. Айхлер Ю. и др. Лазеры. Исполнение, управление, применение -М.: Техносфера, 2008.-442с.

 

2.2. Изучить следующие вопросы:

- физический механизм модуляции амплитуды и частоты ге­нерации лазера при возвращении части собственного из­лучения в резонатор;

- зависимость мощности генерации лазера от фазы и амп­литуды возвращаемого в него собственного излучения;

- выходную характеристику активного интерферометра.

 

ОСНОВНОЕ РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

 

Задание 1. Исследование зависимости амплитуды интерференционного сигнала от длины пассивного плеча.

3.1.1. Собрать установку (рис. 3.1.1.) и включить приборы, при этом, для ускорения проведения работ лазер целесообразно установить на оптической скамье (ОС) на место отмеченное меткой Л1.

Рис.3.1.1. Блок-схема установки для исследования зависимости амплитуды интерференционного сигнала от длины пассивного плеча:

1-фотоприемное устройство (ФПУ); 2-лазер (ОКГ-13); 3-ретро-рефлектор (РР); 4-источник питания ФП; 5-источник питания лазера; 6-осциллограф; 7-генератор; 8-частотомер.

 

Перед проведением дальнейших работ проверить правильность установки лазера на оптической скамье (ОС), перемещая для этого измерительный экран вдоль ОС, предварительно сняв с ОС ретро-рефлектор.

Допустимое отклонение центра луча лазера от центра экрана не более 3мм на всей длине ОС. При большем отклонении провести дополнительную юстировку лазера, используя для этого настроечные элементы, имеющиеся на устройстве крепления лазера.

    После окончания юстировки лазер не трогать!

Установить ФПУ на малую ОС таким образом, чтобы луч лазера, исходящий со стороны «глухого» зеркала, попадал в центр апертуры ФПУ.

3.1.2. Установить на оптическую скамью РР на расстоянии L_пасс равном длине активного плеча лазера (L_акт) - метка 1 и, используя настроечные элементы, находящиеся на креплении РР, ввести луч, отраженный от зеркала РР, в центр активной зоны лазера (совместить пятно отраженного луча с пятном выходящего луча лазера).

3.1.3. Установить напряжение, подаваемое с генератора синусоидальных колебаний на РР, равным 10 вольтам, частоту колебаний - 20Гц, сопротивление нагрузки - 5Ом, после чего, наблюдая на экране осциллографа интерференционный сигнал, юстировкой РР добиться получения сигнала с максимальной амплитудой.

3.1.4. Измерить с помощью осциллографа амплитуду интерференционного сигнала для 4-х значений длинны пассивного плеча, соответствующим 1, 2, 3 и 4L_акт (метки для установки РР –1, 2, 3, 4), всякий раз юстировкой РР добиваясь максимального значения интерференционного сигнала.

Данные занести в журнал. Зарисовать на кальку или сфотографировать с экрана осциллографа форму интерференционного сигнала.

3.1.5. Установить РР на отметку 4, а на метку «Л3», для согласования каустики возвращаемого в резонатор пучка с каустикой резонатора, фокусирующую линзу, как указано на рис.3.1.5 и после дополнительной юстировки провести измерения амплитуды интерференционного сигнала.

Повторить эту процедуру для L_пасс, равного 3L_акт. Данные записать в журнал. Сравнить величину амплитуды интерференционного сигнала с установленной на ОС линзой и без нее, дать количественную (соотношение величин) оценку.

3.1.6. Установить последовательно РР в положения соответствующие 0,5; 1,5; 2,5 и 3,5L_пасс и зарисовать на кальку или сфотографировать с экрана осциллографа форму интерференционного сигнала и сравнить ее с формой, соответствующей целому числу L_пасс.

Рис.3.1.5. Блок-схема установки для измерения амплитуды интерференционного сигнала с использованием фокусирующей линзы:

Позиции 1-8 те же, что и на рис. 3.1.1., 9 – линза.

 

3.1.7. По результатам п.п.3.1.4 и 3.1.5. построить диаграмму, выражающую зависимость величины амплитуды интерференционного сигнала от длины пассивного плеча и наличия фокусирующей линзы.

 

Задание 2. Изучение работы оптического вентиля.

 

3.2.1. Собрать установку (рис. 3.2.1.) и включить приборы, при этом, для ускорения проведения работ РР целесообразно установить на оптической скамье (ОС) на место отмеченное меткой Л2.

Рис.3.2.1. Блок-схема установки для изучения оптического вентиля:

Позиции 1-8 те же, что и на рис 3.1.1., 9 – поляроид, 10 – четвертьволновая пластинка.

 

3.2.2. Установить азимуты поляроида и четвертьволновой пластинки таким образом, чтобы их плоскости поляризации и плоскость поляризации лазерного излучения совпадали.

3.2.3. Установить выходное напряжение генератора 10В, частоту 200Гц, сопротивление внешней нагрузки генератора 5Ом.

При необходимости провести юстировку оптической системы, добиваясь получения максимальной амплитуды интерференционного сигнала.

3.2.4. Снять зависимость максимальной амплитуды интерференционного сигнала от угла поворота четвертьволновой пластинки, снимая показания через каждые 10 градусов. Поворот пластинки производить в обе стороны от нулевого положения на 90 градусов. Данные занести в таблицы.

 

Угол	00	110	120	330	440	550	660	770	880	990
А, мВ

 

3.2.5. По результатам проведенных измерений построить графики.

 

3 .3. Задание 3. Снять амплитудно-частотные характеристики ретро-рефлектора при двух значениях напряжения подаваемого на ретро-рефлектор (10 и 20В).

 

3.3.1. Для снятия амплитудно-частотной характеристики ретро-рефлектора используется установка указанная на рис 3.1.1., при этом, для ускорения проведения работ лазер целесообразно установить на оптической скамье (ОС) на место отмеченное меткой Л1, а РР – на метку 1.

Установить напряжение, подаваемое с генератора на РР –10В, а сопротивление внешней нагрузки – 5Ом. При необходимости провести юстировку оптической системы, добиваясь получения максимальной амплитуды интерференционного сигнала.

3.3.2. Изменяя частоту подаваемого на РР сигнала в пределах 200 - 2000Гц, измерить по 3 раза на каждой частоте с помощью частотомера через каждые 200Гц число переходов через нуль интерференционного сигнала. Среднюю величину результатов 3-х измерений записать в таблицу.

 

F, Гц	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000
N
А, мкм

 

Где: F – частота колебаний РР, N – число переходов интерференционного сигнала через нуль, А – амплитуда колебаний РР в микрометрах, рассчитанная по формуле:

A = λ× N/8, где - длина волны лазерного излучения (0,6328 мкм).

3.3.3. Повторить измерения, описанные в 3.3.2., при величине напряжения, подаваемого на РР - 20 В. Результаты измерений записать в таблицу.

3.3.4. По результатам измерений проведенных по п.п. 3.3.2. и 3.3.3. построить амплитудно-частотные характеристики ретрорефлектора (графики зависимости амплитуды колебаний зеркала РР от частоты его колебаний при постоянном значении подаваемого на него напряжения).

 

3.4. Задание 4. Снять зависимость амплитуды колебаний зеркала РР и амплитуды интерференционного сигнала от величины подаваемого на РР напряжения для частот 200 и 1000Гц при различных длинах пассивного плеча ретро-рефлектора.

 

3.4.1. Для снятия указанных зависимостей используется установка, приведенная на рис.3.1.1. и настройки, приведенные в задании 3.1.

3.4.2. Устанавливая РР на расстоянии от выходного зеркала лазера равным 1 и 4L_акт (метки на ОС 1 и 4), изменяя напряжение, подаваемое на РР в пределах от 5 до 30В через каждые 5В измерять с помощью частотомера число переходов интерференционного сигнала через нуль и максимальную величину амплитуды этого сигнала, считывая ее с экрана осциллографа, для частот колебаний РР 200 и 1000Гц. Результаты измерений свести в таблицу.

 

Частота 20(600)Гц, Lпасс = 1(4), без линзы (с линзой).
U,В	5	10	15	20	25	30
N
A, мкм
А1,В

 

Где: U – напряжение, подаваемое на РР, N – число переходов интерференционного сигнала через нуль, А – амплитуда колебаний РР в микрометрах, рассчитанная по формуле:

A = λ× N/8, где - λ длина волны лазерного излучения (0,6328 мкм), А1 – максимальная амплитуда интерференционного сигнала.

3.4.3. Установить РР на отметку 4, а на метку «Л3» фокусирующую линзу, как указано на рис.3.1.6 и после дополнительной юстировки провести измерения параметров указанных в п.3.4.2. Результаты измерений свести в таблицу, указанную в п.3.4.2.

3.4.4. По результатам проведенных измерений построить графики и дать качественную оценку полученных результатов.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ХАРАКТЕРА

 

4.1. Исследовать особенности формы нелинейных искажений сигнала при плавном изменении длины пассивного плеча интерферометра в диапазоне от 0,5 до 2,5L_акт.

4.2. Исследовать частотную характеристику активного лазерного интерферометра, установить связь частоты среза этой характеристики с параметрами активного интерферометра.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

5.1. Провести анализ полученных результатов и теоретически обосновать их.

5.2. Оформить индивидуальный отчет в соответствии с установленными требованиями.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА НА АЛЮМОИТТРИЕВОМ ГРАНАТЕ (АИГ) И ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Целью работы является ознакомление с конструкцией твердотельного лазера на алюмоиттриевом гранате и его основными характеристиками.