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
Длина
волны излучения, мкм Мощность излучения, мВт Угловая расходимость луча, утл.
мин Долговечность активного элемента, час Напряжение накала катода, В
Напряжение горения, В Оптимальный ток разряда, А Максимальная потребляемая
мощность, Вт Вес прибора, кг Габаритные размеры прибора, мм
|
0,6328
не менее 250 не более 10 не менее 500 6,3 2300-2500 0,04..0,06 400 не более
12 1170*90*90
|
.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.
Лазеры
|
L,м
|
l,м
|
R1,м
|
R2,м
|
а,см
|
ЛГ-36А
|
1,5
|
1,2
|
10
|
∞
|
0,5
|
ЛГ-56(ЛГ-55)
|
0,3
|
0,25
|
1
|
∞
|
0,1
|
ЛГ-75
|
1,0
|
2
|
∞
|
0,5
|
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.