2 Описание установки

В данной работе исследуется газоразрядный оптический квантовый генератор типа ЛГ-72, который предназначен для использования в оптических системах связи, а так же для проведения научных исследований. Прибор в комплекте состоит из оптического квантового генератора и стабилизатора напряжения СПБ-П.

Оптический квантовый генератор состоит из оптического резонатора и активного элемента. Оптический резонатор образован двумя зеркалами сферическим и плоским. Сферическое зеркало неподвижно закреплено в кронштейне. Плоское зеркало закреплено в механизме юстировки. Благодаря наличию механизма юстировки, положение плоского зеркала в механизме оси оптического резонатора можно регулировать.

Активным элементом является разрядная трубка с анодом и аксиальным катодом, наполненная смесью неона и гелия. Разрядную трубку можно перемещать в горизонтальном и вертикальном направлениях с помощью специальных ручек Торцы разрядной трубки отшлифованы под углом Брюстера и закрыты выходными окнами из оптического кварцевого стекла.

Пространство между выходными окнами и зеркалами герметизировано. Резонатор с активным элементом помещен в защитный корпус. В дне кожуха имеется разъем, через который подводится высокое и накальное напряжения к разрядной трубке. Выход излучения осуществляется с одного торца прибора. С целью подавления неосевых типов колебаний в приборе используется подвижная диафрагма с переменным отверстием.

3 Измерение угла расхождения и распределение энергии в пучке

Высокую направленность излучения и возможность фокусировки излучения в пятно чрезвычайно малых размеров обуславливает пространственная когерентность пучка лазера. Направленность излучения характеризуется телесным углом, в котором распространяется большая часть излучения. Чем меньше телесный угол, тем больше направленность излучения. Часто в качестве параметра ОКГ применяется не телесный угол, а плоский угол расхождения пучка. Если расходящийся пучок представляет собой конус, то между плоским и телесным углом существует простая связь. Телесный угол , соответствующий плоскому углу , вычисляется по формуле

(2)

Для углов  < 60 с достаточной для практики точностью применима формула

(3)

где  выражается в радианах. Теоретически плоский угол расхождения пучка ОКГ с плоскопараллельным резонатором можно определить как угол дифракции на выходном отверстии. Угловое расстояние первого дифракционного минимума от центра дифракционной картины в случае дифракции плоской волны на круглом отверстии диаметром D равно:

(4)

Ширина дифракционного максимума на уровне половинной интенсивности для основной моды резонатора с плоскими зеркалами дается выражением

(5)

Это значение является предельно допустимым углом расхождения пучка лазера. Практически этот дифракционный предел еще не достигнут. Объясняется это значением многих поперечных мод резонатора, а главным образом, неоднородностью активного вещества. Расхождение теоретических данных с практическим результатом объясняется еще и тем, что часто за диаметр излучающего пятна берется диаметр всего пятна, между тем как излучение происходит часто в виде отдельных «волокон».

Естественно, чем меньше угловая расходимость луча, тем точнее она должна быть измерена. К сожалению, до сих пор отсутствуют точные методы определения угла расхождения пучка ОКГ, особенно импульсных.

На рисунке 2 показана схема, пригодная для измерения угла расхождения луча непрерывных ОКГ.

Р исунок 2 - Схема измерения угла расхождения луча ОКГ

Экран Э устанавливается перпендикулярно оси пучка на расстоянии L от выходного отверстия генератора. Если излучение происходит в видимой области спектра, то визуально измеряются диаметры d и D сечения пучка соответственно на выходе из прибора и на экран. Угол расхождения

(6)

В связи с небольшим значением угла  точность измерений сильно зависит от точности измерений диаметров. Обычно они берутся на уровне половинной интенсивности. Для визуальной оценки этот уровень определяется приближенно. Для повышения точности желательно увеличивать расстояние L. В данной работе измерение диаметров производится фотоэлектрическим способом.