1. Задание

Теоретическая часть

1. Изобразить и объяснить оптическую схему лазера ЛГН-215.

2. Изобразить и объяснить электрическую принципиальную схему лазера ЛГН-215.

3. Описать способ проведения юстировки.

4. Описать способ проведения предюстировки.

Экспериментальная часть

Провести юстировку следующим образом:

1. Взять экран и глядя в отверстие со стороны юстируемого зеркала просмотреть весь разрядный капилляр активного элемента.

2. Вращением юстировачных винтов (17) со стороны юстируемого зеркала добиться совмещение центра отражений линий пересечения в зеркале с центром концентрических окружностей капилляра.

3. Повторить операцию для другого зеркала. При этом должна возникнуть генерация.

4. Если генерации не возникла, тогда установить диоптрийную трубку со стороны выходного зеркала (13) и сфокусировать ее так, чтобы было видно отражение капилляра активного элемента в зеркале (4).

5. Вращением юстировачных винтов (17) со стороны юстируемого зеркала (4) добиться появления яркого светящегося пятна.

6. Сфокусировать диоптрийную трубку на отражение активного элемента в зеркале (13). При этом должны наблюдаться концентрические окружности, характерные для интерферометра Фабри-Перо.

7. Вращением юстировачных винтов (17) со стороны юстируемого зеркала (13) добиться совмещения центра концентрических окружностей и центра сечения активного элемента. При этом должна возникнуть генерация.

8. Установить со стороны выхода луча малоинерционный измеритель мощности.

9. Поочередно вращением ручек (31) на передние и задние панели излучателя и установлением оптимального тока разряда по прибору на источнике питания добиться максимальной мощности излучения.

10. Выключить лазер.

11. Разомкнуть блокировку.

12. Надеть и закрепить крышку излучателя.

Провести предюстировку следующим образом:

1. Включить лазер.

2. Установить со стороны выхода луча малоинерционный измеритель мощности.

3. Поочередным вращением ручек (17) на передней и задней панелях излучателя добиться максимальной мощности излучения.

2. Теория метода

Инверсное состояние среды практически осуществлено в принципиально новых источ­никах излучения — оптических квантовых генераторах, или лазерах (от первых букв английского названия Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — усиле­ние света с помощью вынужденного излучения). Лазеры генерируют в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях (в оптическом диапазоне).

Важнейшими из существующих типов лазеров являются твердотельные, газовые, полупроводниковые и жидкостные (в основу такого деления положен тип активной среды). Более точная классификация учитывает также и методы накачки — оптические, тепловые, химические, электроионизационные и др. Кроме того, необходимо прини­мать во внимание и режим генерации — непрерывный или импульсный.

Оптическая схема лазера лгн-215

Схема электрическая принципиальная ЛГН-215

Лазер обязательно имеет три основных компонента:

1) активную среду, в которой создаются состояния с инверсией населенностей;

2) систему накачки (устройство для создания инверсия в активной среде);

3) оптический резонатор (устройство, выделя­ющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок).

Лазерное излучение обладает следующими свойствами:

• Временная пространственная когерентность.

• Строгая монохроматичность (λ<10^-11м).

• Большая плотность потока энергии.

• Очень малое угловое расхождение в пучке.

В гелий-неоновом лазере накачка происходит в два этапа: гелий служит носителем энергии возбуждения, а неон дает лазерное излучение. Электроны, образующиеся в разряде, при столкновениях возбуждают атомы гелия, которые переходят в возбуж­денное состояние 3 (рис.1). При столкновениях возбужденных атомов гелия с атома­ми неона происходит их возбуждение и они переходят на один из верхних уровней неона, который расположен вблизи соответствующего уровня гелия. Переход атома неона с верхнего уровня 3 на один из нижних уровней 2 приводит к лазерному излучению с λ=0,6328 мкм.

Рис. 1

Гелий – служит в качестве вспомогательного газа, рабочий является неон. Метастабильные уровни в атомах гелия почти совпадают с уровнем 3S² 2S², что обеспечивает большую вероятность передачи энергии при столкновении от возбужденных атомов гелия к невозбужденным атомам неона.

Накачка:

1. В результате неупругих столкновений с электронами атомов Ne создается заселенность уровня.

e^*+Не=е+Не^*

2. В следствии не упругих соударений 2-го рода между возбужденными атомами гелия и невозбужденными атомами неона осуществляется возбуждение неона.

Не^*+Nе+Не+Nе^*

Концентрация гелия вырабатывается в несколько раз больше концентрации неона, а возбужденные состояния гелия то стабильные, то с большой вероятностью происходит процесс создания инверсной заселенностью уровней 2S² 3S² у неона избирательное заселение уровня. Из всех возможных переходах этой системы наиболее благоприятны для регенерации переходы 2S²→ c длиной волны сλ=1,15мкм.

hν= Em-En 2S²→2P сλ=1,15мкм

3S²→3P сλ=3,39мкм

3S²→2P сλ=0,6328мкм

Нижнее рабочее состояние 2Р 3Р имеет время жизни на порядок меньше, что обеспечивает возможность непрерывной работы генерации. 2Р 3Р – очищаются в результате спонтанных переходах в метастабильное состояние 1S.

Рис 2.

Для выделения направления лазерной генерации используется принципиально важ­ный элемент лазера — оптический резонатор. В простейшем случае им служит пара обращенных друг к другу параллельных (или вогнутых) зеркал на общей оптической оси, между которыми помещается активная среда (кювета с газом). Как правило, зеркала изготовляются так, что от одного из них излучение полностью отражается, а второе — полупрозрачно. Фотоны, движущиеся под углами к оси кри­сталла или кюветы, выходят из активной среды через ее боковую поверхность. Те же из фотонов, которые движутся вдоль оси, многократно отразятся от противоположных торцов, каждый раз вызывая вынужденное испускание вторичных фотонов, которые, в свою очередь, вызовут вынужденное излучение, и т. д.Так как фотоны, возникшие при вынужденном излучении, движутся в том же направлении, что и первичные, то поток фотонов, параллельный оси кюветы, будет лавинообразно нара­стать. Многократно усиленный поток фотонов выходит через полупрозрачное зеркало, создавая строго направленный световой пучок огромной яркости. Таким образом, оптические резонатор «выясняет» направление (вдоль оси) усиливаемого фотонного потока, формируя тем самым лазерное излучение с высокими когерентными свойствами. Газы обладают узкими линиями поглощения, лампы же излучают свет, в широком интервале длив вола; следовательно, применять их в качестве накачки невыгодно, так как используется только часть мощности лампы. Поэтому в газовых лазерах инверсная населенность уровней осуществляется электрическим разрядом, возбуждаемым в газах.

Рис3.

Юстировка – совокупность операций по прове6дению меры или измерительного прибора в рабочие состояние, обеспечить должную точностью его, правильность и надежность действий.