Конструкция He-Ne лазера и его основные характеристики

На рис. 3. показана основная конструкция Не-Ne лазера. Разряд происходит между кольцеобразным анодом и большим катодом, имеющим форму трубки и поэтому выдерживающим столкновения с положительными ионами. На большей части длины трубки разряд заключен в капилляр. Большой объем газа, окружающий капилляр, работает в качестве резервуара для пополнения смеси Не-Ne в капилляре. Если требуется поляризованное излучение, то внутрь трубки также вставляется пластинка под углом Брюстера. Зеркала лазера непосредственно впаяны в концы трубки. Большинство Не-Ne лазеров работает с капиллярами диаметром около 2 мм и получающаяся в этих условиях выходная мощность на переходе 0,633 мкм может быть в пределах 1-10 мВт при длине трубки от 20 до 50 см. Выходная мощность на зеленой линии обычно в десять раз меньше. КПД Не-Ne лазера на любом из его лазерных переходов всегда очень мал (<10^-3). Лазерные переходы уширены преимущественно благодаря эффекту Доплера. Например, на длине волны λ=632,8 нм ширина линии порядка 1,4 ГГц. Величина естественного уширения, составляет 19 МГц, в то время как столкновительное уширение еще меньше естественного (порядка 0,6 МГц)

2.
Описание лабораторной установки

Перед выполнением работы необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации лазера, измерителя мощности. Для более детального изучения конструкции лазера снимите защитный кожух и рассмотрите его основные элементы (рис. 3). Экспериментальная установка, схема которой приведена на рис. 4, состоит из He-Ne лазера ЛГН-215 (1, 2), измерителя мощности лазерного излучения ИМО-2Н (3, 4), поляризатора (поляроидная пластинка) (5).

После включения блока питания лазера (2) примерно через 1-2 минуты зажигается газоразрядная трубка и начинается генерация. Вследствие нагрева параметры резонатора, будут изменяться, что сказывается на изменении выходной мощности лазера. По истечении примерно 1 часа мощность перестает значительно изменятся и можно проводить измерения. Типичные значения мощности в этом режиме при максимальном токе разряда составляет ~30-40 мВт, если измеряемое значение ниже, необходимо произвести юстировку резонатора. ВНИМАНИЕ: студентам ЗАПРЕЩАЕТСЯ самостоятельно ЮСТИРОВАТЬ резонатора лазера. Изменение тока разряда и его фиксация производится с помощью блока питания (2). При уменьшении тока разряда возможно обратимое частичное или полное затухание разряда.

Порядок выполнения работы

1) Измерение мощности лазерного излучения.

a) Включить блок питания лазера (2). К измерениям можно приступать не менее чем через 1 час, с целью обеспечения прогрева излучателя (1).

b) На пути лазерного луча установить измерительную головку измерителя ИМО-2 (4).

c) Измерить мощность выходного излучения (P) при различных токах разряда в трубке (i_раз).

d) Обработать полученные данные, оценить погрешности измерений, построить график зависимости выходной мощности от тока накачки P=f(i_раз). Объяснить характер зависимости.

2) Определение состояния поляризации выходного излучения лазера.

a) Перед измерительной головкой ИМО-2 (4) установить поляризатор (5).

b) Измерить мощность излучения (P) в зависимости от угла поворота поляризатора вокруг своей оси (φ).

c) Обработать полученные данные, оценить погрешности измерений, построить график зависимости выходной мощности от угла поворота плоскости пропускания поляризатора P=f(φ).

d) Определить степень поляризации излучения по формуле: .

4. Контрольные вопросы и задания

1) Перечислите правила отбора для электронных переходов в дипольном приближении.

2) В чем заключается условие осуществления непрерывной генерации?

3) Дайте классификацию способов возбуждения атомов в электрическом разряде.

4) Почему эффективность создания инверсной населенности в чистом Ne значительно ниже, чем в смеси его с He?

5) Перечислите и охарактеризуйте основные типы уширения спектральных линий в газах.

6) Какие еще существуют способы конструирования резонатора He-Ne лазера? Проведите их сравнительный анализ.

7) Перечислите области использования He-Ne лазера.

Лабораторная работа №7
Изучение характеристик полупроводникового лазера

Цель работы: изучение принципа действия полупроводникового лазера, измерение мощности излучения и диаграммы направленности, расчет квантового выхода и КПД.