Практическое задание: Юстировка оптического резонатора и исследование условий генерации гелий-неонового лазера

Юстировка оптического резонатора и исследование условий генерации гелий-неонового лазера

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Кафедра электронной техники и технологий

Отчет по лабораторной работе

на тему: «Юстировка оптического резонатора и исследование условий генерации гелий-неонового лазера»

Минск 2014

1. Краткие теоретические сведения

.1 Описание конструкции ОКГ типа ЛГ-75

юстировка оптический квантовый генератор

Газовый ОКГ ЛГ-75 предназначен для использования в качестве источника когерентного излучения в системах связи, телевидения, телеуправления и т.д. ОКГ' ЛГ-75 (рис. 1) состоит из оптического резонатора и активного элемента, Оптический резонатор образован сферическим 1 и плоским 2 зеркалами, закрепленными в стаканах 3.

Рис. 1

Стаканы 3 жестко закреплены винтами 4 во фланцах 5 и 6, между собой тремя направляющими инваровыми стержнями 7. Фланцы 5 и 6 крепятся к инваровым стержням 7 винтами 8 через шайбы 9.Наличие шайб 9 позволяет изменять положение фланцев 5 и 6 с зеркалами 1 и 2 относительно оси оптического резонатора путем вращения в небольших пределах юстировочных винтов 8. Между инваровыми стержнями, с помощью фланцев 10, закреплен активный элемент-газоразрядная трубка 12 с подогревным катодом 13 и анодом 14 заполненная смесью неона и гелия. Торцы газоразрядной трубки отшлифованы под углом Брюстера и закрыты выходными окнами 15. Пространство между выходными окнами 15 и зеркалами 1 и 2 герметизировано с помощью резиновых прокладок 16, прижимаемых гайками 17 к стаканам 3. Оптический резонатор с активным элементом помещен в защитный корпус 18 и жестко в нем закреплен. Корпус 18 закрыт с торцов крышками 19 и 20, которые крепятся к фланцам 21 винтами 22. Высокое и накальное напряжения к газоразрядной трубке 12 подводится через разъем 23. Выход излучения осуществляется со стороны плоского зеркала 2. Для крепления прибора на корпусе 18 имеются скобы 24 с резьбовым отверстием в каждой из них.

Технические характеристики ЛГ-75

.2 Методы юстировки

Под юстировкой резонатора следует понимать точное выставление и ориентировку зеркал, активного тела и других элементов внутри резонатора.

; (1)

где a - радиус активного элемента;длина активного элемента; (берется наибольшее из двух значений х); 11 и 12-расстояний от торцов активного элемента до соответствующих зеркал

; (2)

; (3)

, ; (4)

,  (5)

 (6)

Автоколлимационный метод. При использовании автоколлиматора совмещают изображения автоколлимационной метки от заднего (глухого) зеркала при последовательной установке активного тела и других элементов резонатора (так называемый метод на просвет) и, наконец, выходного зеркала.

В случае газовых лазеров активный элемент (трубка с газом) должен быть центрован, ориентирован по оси резонатора. В случае рубиновых лазеров из-за неоднородности кристалла изображение метки размывается, и активный стержень приходится ориентировать совмещением автоколлимационных меток от заднего зеркала, от торца стержня и от выходного зеркала (так называемый метод трех меток). Этот способ имеет недостатки: не учитывается реальное смещение луча из-за градиента коэффициента преломления (после прохождения через кристалл рубина луч может отклоняться на несколько угловых минут): кроме того, невозможно избежать клинообразности стержня. Очевидно, при юстировке методом трех меток порог генерации будет выше.

В автоколлимационном методе точность установки определяется увеличением автоколлиматора. Если две удаленные точки видны из зрачка объектива автоколлиматора под углом α, то со стороны окуляра видимый угол будет (рис.4)

 , (7)

где  - угловое увеличение системы. Так как разрешающая способность глаза α=60´´, то

 (8)

Метод оптического рычага. Метод оптического рычага предусматривает применение для юстировочных целей маломощного лазера (рис. 6). Луч от лазера 1 через отверстие в зеркале 2 попадает в резонатор (6 - активный элемент) отражается от его зеркал 4 и 5, отражается от зеркала 2 и попадает на экран 3, где наблюдается ряд светлых точек. Если точки исчезли, т. е. совместились с отверстием диафрагмы, то резонатор отъюстирован. Очевидно, точность юстировки зависит от L ("плечо оптического рычага").

Интерференционный метод. Интерференционный метод (рис. 7) заключается в том, что луч от маломощного лазера 1 проходят через отверстие экрана 2 и слаборассеивающую лннзу 3, отражается от зеркал резонатора 4 и 5, давая на экране интерференционную картину в виде концентрических колец.

Если картина четкая и центрирована относительно источника света, то зеркала параллельны, и резонатор отъюстирован. Данный метод, как и предыдущие, пригоден; прежде всего, для плоских резонаторов. В случае сферических зеркал их следует диафрагмировать и работать лишь с параксиальными лучами.

Юстировка с помощью диоптрийной трубки. Можно использовать монокуляр, подзорную трубу и т.п., предварительно выставив их на бесконечность. Диоптрийные трубки входят в комплект больших оптических скамей, изготовляемых серийно. Для маломощных диоптрийных гелий-неоновых лазеров с полуконфокалъными резонаторами этот метод применяется наиболее часто. Наблюдения ведут при горении разряда через выходное зеркало с применением светофильтра.

2. Порядок выполнения работы

Изучить технические описания и условие эксплуатации используемых в работе приборов.

Оценить критический угол разъюстировка β для одного из гелий-неоновых лазеров (λ.=0.6328 мкм) табл.2.

Установить ОКГ нa огпическую скамъю.

Проверить отсутствие механических повреждений высоковольтного кабеля и шнура питания.

Заземлить стабилизатор напряжения СПБ-116.

Подключить высоковольтный кабель к разъемам стабилизатора напряжения и ОКГ; шнур питания подключить к разъему сеть на задней панели стабилизатора.

Поставить тумблеры "Высокое" и "Сеть" в нижнее положение.

Поставить ручку 'Регулирование напряжения" в крайнее левое положение.

Получить разрешение у преподавателя или лаборанта и включить вилку в розетку промышленной сети 220В,50Гц.

Тумблер "Сеть" перевести в верхнее положение (должна загореться лампочка "Сеть").

Тумблер "Высокое" перевести в верхнее положение (должна загореться лампочка ''Высокое'').

Подождать пока прогреется катод газоразрядной трубки (2.0-2.5мнн), сработает реле блокировки высокого напряжения и появится малиновое свечение газоразрядной трубки.

Через 1.0-2.0 мин после начала свечения трубки убедиться в наличии генерации (должна появиться светящаяся точка на экране).

Если излучение отсутствует необходимо произвести юстировку с помощью автоколлиматора или диоптрийной: трубка.

.2 Юстировка с помощью диоптрийной трубки

Снять переднюю и заднюю крышки резонатора. Включить лазер и установить величину разрядного тока 10-12мА.

Юстировка начинается с выставления и центрирования активного элемента чтобы со стороны переднего (плоского) зеркала он просматривался по всей длине.

Наблюдая со стороны переднего зеркала, совместить изображение зрачка глаза с центром (осью) трубки активного элемента. Для этого, найдя изображение заднего конца трубки, юстировочными винтами плоского зеркала совмещают изображения зрачка и заднего конца трубки. (Как должен выглядеть задний конец трубки, легко понять, если посмотреть через какую-нибудь стеклянную трубку со стороны окна).

Аналогичную операцию (п.3) произвести с задним зеркалом.

Перевести фокусировку диоптрийной трубы на переднее зеркало. При этом одновременно будут видны интерференционные кольца, характерные для интерферометра. Фабри-Перо, и изображение светящегося пятка от заднего зеркала. Юстировочными винтами выставить переднее зеркало так, чтобы светящееся пятно вышло в центре концентрических колец. При этом должна возникнуть генерация. Следует помнить, что в момент возникновения генерации визуальные наблюдения с диоптрийной трубкой необходимо прекратить. Дальнейшие коррективы осуществляются при наблюдении за пучком на экране. Если генерация не возникает, рекомендуется:

а) протереть окна активного элемента ватным тампоном, смоченным в спирте, а затем протереть сухой чистой тканью и, наконец, снять ворсинки беличьей кисточкой;

б) снять пыль с зеркал беличьей кисточкой;

в) изменить (увеличить или уменьшить) разрядный ток.