1. 2. Экспериментальная часть

Структурная схема лабораторной установки приведена на рис.2.

Активный элемент представляет собой разрядную трубку 4 длиной 0,6 м и внутренним диаметром 4 мм с холодным  катодом, заполненную смесью гелия и неона. С двух сторон трубка герметизирована окнами, расположенными под углом Брюстера. Наличие таких окон практически не вносит потерь на отражение для волны, поляризованной в плоскости падения. Лазерное излучение в этом случае является линейно поляризованным.

Трубка помещена в резонатор, образованный парой зеркал 2, 5 с многослойными диэлектрическими покрытиями. Зеркала установлены в юстировочных головках, скрепленных между собою с помощью 4-x жестких стержней. Стержни изготовлены из суперинвара, обладающего очень низким коэффициентом термического расширения, в результате  обеспечивается высокая стабильность энергетических и частотных характеристик лазерного излучения.

Возбуждение лазера осуществляется от высоковольтного источника накачки 6. Мощность лазерного излучения измеряется с помощью фотодиода 1, прокалиброванного по стандартному измерителю мощности. Лазер работает на длине волны 0,63 мкм (переход b на рис.1). Для электромагнитных волн длиной 3,39 и 1,15 мкм коэффициенты пропускания зеркал близки к 1, поэтому лазерная генерация на переходах a и c в связи с большими потерями не возникает. На длине волны 0,63 мкм глухое зеркало имеет коэффициент пропускания T₂ = 0,2 %. Коэффициент пропускания выходного зеркала Т₁ = 0,5 % (оптимизирован по максимуму выходной мощности излучения). Потери, обусловленные поглощением и рассеянием в зеркалах α, составляют 0,1 %. Дифракционными потерями (расчеты дают значение порядка 0,01 %) можно пренебречь. Потери на поглощение и рассеяние в окнах β не превышают 0,1– 0,2 %.

Для регулирования калиброванных потерь в резонаторе на вращающемся угломере установлена тонкая плоскопараллельная кварцевая пластинка 3. Пластинка расположена таким образом, чтобы при ее повороте вектор электрического поля световой волны постоянно находился в плоскости падения. Коэффициент отражения от одной грани пластинки при такой поляризации волны

,                                                    ( 8 )

где φ и γ  – углы падения и преломления света.

Эти углы отсчитываются от нормали к плоскости пластинки и связаны между собой соотношением sin φ = n·sin γ. Показатель преломления кварца  n = 1,5.

Полные потери, вносимые пластинкой,

П = 2 (ρ₀ + 2r),                                                ( 9 )

где ρ₀ – потери на рассеяние и поглощение, составляющие 0,3 %.

3. Порядок выполнения работы

 

1. Включить тумблер "Сеть" блока питания.

2. Регулятором напряжения установить между электродами разрядной трубки  4,5 – 5 кВ и нажать кнопку поджига. После зажигания разряда установить минимальный ток, при котором еще поддерживается разряд.

( В случае погасания разряда указанные действия повторить.)

3. Вращением угломера установить пластину в резонаторе в положение, соответствующее максимальной мощности излучения. Снять зависимость мощности лазерного излучения и напряжения на разрядной трубке от тока разряда.   (Продолжительность измерений при токах более 40 мА должна быть по возможности минимальной.)

4. Установить величину тока 30 мА. Изменяя угол установки пластины, снять зависимость мощности излучения от угла падения света φ. Шаг изменения φ не должен быть меньше 2 градусов. При снятии зависимости  зафиксировать угол Брюстера φ_б , соответствующий максимуму мощности излучения, и оба угла φ₁ и φ₂, при которых происходит срыв генерации. Срыв генерации фиксировать визуально по исчезновению излучения.

(Углу падения φ=0 соответствуют показания угломера 90 градусов. В связи с этим из показаний угломера,  соответствующих углу φ, следует вычитать 90 градусов.)

 

На основании полученных данных:

-   построить зависимость мощности излучения  гелий-неонового  лазера

от величины разрядного тока;

-  определить оптимальный ток, соответствующий максимуму мощности;

-  рассчитать КПД лазера;

-   построить зависимость мощности  излучения гелий-неонового  лазера

от угла падения света φ;

- сравнить экспериментально полученное и теоретическое [φ_б = arctg(n)] значения угла Брюстера;

-  используя соотношения (7)–(9), определить ненасыщенный коэффициент усиления активной среды k₀ как среднюю величину по результатам измерения углов φ₁ и φ₂.