Устройство для демонстрации спектра лазерного излучения

 

Изобретение относится к учебным приборам по физике и может быть использовано в целом ряде курсов по физике, например, таких как оптика, спектроскопия, лазерная техника и т.д. Цель изобретения - повышение демонстрационной наглядности путем исключения влияния отраженного от интерферометра излучения. Устройство содержит поворотное зеркало, установленное перед линзой, второй газовый лазер, длина резонатора которого отличается от длины первого газового лазера, вторую линзу, установленную между первой линзой и интерферометром ФАБРИ-ПЕРО, выполненным в виде прозрачной пластинки, по обеим сторонам которой нанесено покрытие, играющее роль зеркал резонатора интерферометра, а также объектив, установленный после интерферометра ФАБРИ-ПЕРО и служащий для формирования видимого изображения на экране. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1527

А1 др 4 G 09 В 23/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2!) 4400032/31-12 (22) 30.03.88 (46) 07.12.89. Вюл, !! 45 (71) МГУ им. М.В,Ломоносова (72) Л.П.Авакянц, А,И.Акимов, М,Г.Вабищевич и А,H.Ìàòâååâ (53) .535,075 (088.8) (56) Лекционные эксперименты по оптике./Под ред . Н.И,Калитеевского, -Л,, 1981, с, 89, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ

СПЕКТРА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к учебным приборам по физике и может быть использовано в целом ряде курсов по физике, например, таких как оптика, спектроскопия, лазерная техника и т,д. Цель изобретения — повышение деИзобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть широко использовано в ряде лекционных курсов по физике, таких, например, как оптика, спектроскопия, лазерная техника и т.д.

Целью изобретения является повышение демонстрационной наглядности пу тем исключения влияния отраженного от интерферометра излучения, На фиг. 1 приведена графическая схема устройства; на фиг, 2 — получаемые картины на экране (стене) с разными длинами лазерных резонаторов, Устройство для демонстрации спектра лазерного излучения (фиг. 1)содержит газовые лазеры 1 и 2, например

Не-Ne длина резонаторов которых отличается, поворотное зеркало 3, слу2 манстрационной наглядности путем исключения влияния отраженного от интерферометра излучения, Устройство содержит поворотное зеркало, установленное перед линзой, второй газовый лазер, длина резонатора которого отличается от длины первого газового лазера, вторую линзу, установленную между первой линзой и интерферометром Фабри-Перо,.выполненным в виде прозрачной пластинки, по обеим сторонам которой нанесено покрытие, играю. щее роль зеркал резонатора интерферометра, а также объектив, установленный после интерферометра Фабри-Перо и служащий для формирования видимого иэображения на экране, 1 э.п.ф-лы, -2 ил. жащее для введения на вход устройства одного иэ излучений лазеров 1 и 2, короткофокусную линзу 4, служащую для формирования расходящегося пучка света, линзу 5, для формирования сходящегося пучка света, падающего на интерферометр Фабри-Перо 6, выполненный твердотельным с напылением зеркал, линзу 7, ° служащую для формирования видимого изображения 8 на экране (стене) 9, лучи 10 источников и

2 излучения, показывающие формирование демонстрируемого явления.

Устройство работает следующим образом, Известно, что оптический квантовый генератор (ОКГ) может создавать монохроматическое поле не с произвольной частотой, а лишь с дискретным набором частот Q, если фиксирована

1527652

его длина L и показатель преломления и с п среды, т.е, Я = — --- q, q=1,2...

"пс1 в стационарном режиме при заданной конструкции лаэ ера и в случае, когда скачки фаз при отражении отсутствуют.

Генерация лазера возникает лишь для тех частот из бесконечного набо- 10 ра Я, котьрые принадлежат спектральному интервалу, где выполнены условия достижения генерации, т. е. необ ходимо, чтобы возможные изменения любой характеристики волны компенсировались 15 на протяжении цикла и к его койцу принимали исходные значения за исключе-! нием фазы, которая изменится на величину, краткую 2, Генерация, .следовательно, возможна лишь для тех частот 20

Q+ которые расположены внутри интервала частотЯ, . Разность () — сд увеличивается с ростом мощности процесса возбуждения активной среды при фикси1 рованной величине потерь, Если Я -63(25

chC3 возможна генерация одной частоты, а приЯ" — Q ) ДЯ возможны бихроматичес-, кий, трихроматический и так далее режимы лазера, Следовательно, в каждом газовом лазере существуют спектр излучения, который зависит от активной среды, резонатора, и уширение линий, вызванное броуновским движением зеркал и спонтанным испусканием активной среды, составляющие фантастически малую

3 величину, которой можно пренебречь, Для верной передачи спектра решающее значение имеют точная юстировка интерферометра и его согласование с резонатором лазера, что тем самым 40 вызывает много затруднений, так как волновой фронт входящего излучения должен иметь радиус кривизны, совпадающий с радиусом кривизны сферического зеркала интерферометра, и диа- 45 метр световогс пучка лазера равен пучку света с интерферометра, а также необходимо исключить влияние отраженР ного пучка света ют интерферометра

HG входящий пучок света. EGJIH ННТерферометр и резонатор лазера согласоО ваны, то падающая волна типа ТЕМ,1,„„ возбуждает в и нтерферометр е ти и колебаний с теми же индексами q, m, п в этом случае возможно образоваЭ

55 ние в интерферометре стоячих волн с теми же частотами, что и в лазерном резонаторе, на выходе иэ которого производят их регистрацию, Наблюдение получаемой картины тонкой структуры спектральной линии излучения лазера на экране в большой аудитории весьма затруднительно главным образом вследствие очень близко расположенных и поэтому неразличимых (и к тому же неярких) интерференционных колец, соответствующих различным модам ОКГ, изза несовершенства оптической схемы устройства, Наличие большого числа оптических элементов приводит к потерям интенсивности излучения на выходе устройства.

Пучок света от лазера, например 2, попадая на поворотное зеркало 3, направляется на короткофокусную линзу

4, а от нее расходящийся пучок 10 направляется на линзу 5, Линзы 4 и 5 служат для формирования падающего сходящегося пучка света на интерферометр

Фабри-Перо 6. За счет интерференции .лучей в интерферометре Фабри-Перо 6 на выходе его с помощью линзы 7 формируется видимое изображение интерференционной картины в виде колец 8 на экране 9. Затем, поворачивая. поворотное зеркало 3 на 45 относительо но своего нижнегс левого края так, что-излучение о лазера 2 на вход устройства не попадает, а попадает от лазера 1, длина резонатора которого отличается от длины резонатора лазера 2, показывают, что картина на экране изменилась и появились или исчезли дополнительные кольца в зависимости от длины лазера, Лазер длин- нее — число колец больше, лазер короче — колец меньше, как на фиг. 2, где их размер определяется по формуле .2 п ° h cosg=m9„ s h - толщина интерферометра, f — угол формирующего лучка света; 71 - длина волны; шпорядок интерференции. Все оптичес- . кие элементы устройства расположены (фиг. 1) на металлической скамье с возможностью передвижения.

Применив линзы 4 и 5 для формирования падающего сходящегося пучка света на интерферометре Фабри-Перо

6, мы тем самым сделали следующее: на выходе линзы 5 образуется сферический фронт световой волны, который, падая на интерферометр, частично проходит, а частично отражается, но отражается не на встречу падающему излучению, как это в других устройствах, требующих оптических элементов развязки, а в

5 l52 7652 6 стороны, тем самым исключается вэаи- мени его юстировки по согласованив мовлияние падающей и отраженной волн. фронтов излучения.

Интерферометр Фабри-Перо выполнен твердотельным с напылением зеркал Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

5 где при использовании Не-Ne-лазеров с разной длиной резонаторов для раз- l. устройство для демонстрации . решения их спектра толп инл прозрач- спектра лазерного излучения, содержа ной пластинки интерферометра выполне- щее газовый лазер, короткофокусную на и = 5 см. Использование интеР- lð линзу, интерферометр Фабри-Перо и ферометра Фабри-Перо с такой ба- экран, о т л и ч а в щ е е с я тем, зой, дающей необходимое разрешение, что, с целью повышения наглядности позволяет довольно четко наблюдать путем исключения влияния отраженного спектр излучения лазера в затемненной от интерферометра излучения, он имее аудитории ни экране (стене) с помощью 5 установленную между короткофокусной

Не-Ne-лазеров. линзой и инте оме ом опол т

Демонстрационная наглядность повышается sa счет того, что получаем реальную картину на экране (стене), по 2Р которой можно судить о спектре излучения лазера, размеры которой достигают в диаметре около м.

Повышение удобства использования 25 устройства вызвано тем, что не требуется тщательной и длительной по врет рфер тр д ии ельную ли нэ у для формирования сферичес- . > . кого фронта световой волны н объектив, расположенный между интерферометром и экраном.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно имеет дополнительный лазер с отличной от перво-.. го длиной резонатора, а между лазерами установлено поворотное зеркало для передачи пучка на короткофокусную линзу °

1527652

Составитель P.Óæâèé

Техред М.Дидык Корректор Э.Лончакова

Редактор Л.Шулла

Заказ 7514/54 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101