1. Вимір розбіжності газового пучка

Лазерному випромінюванню характерна висока степінь спрямованості. Степінь спрямованості лазерного випромінювання можна пов'язати з кутом розбіжності . Кут розбіжності – це величина кута, при якому амплітуда світлової хвилі спадає вразів в порівнянні з амплітудою в центрі пучка. Розбіжність лазерного випромінювання визначається такими факторами:

1) дифракцією на апертурах дзеркал та інших оптичних елементах резонатора (для He-Ne лазера апертура пучка визначається перерізом газорозрядної трубки);

2) типом і параметрами резонатора, точніше, його довжиною: чим резонатор довше, тим менша розбіжність випромінювання;

3) неоднорідністю активного середовища.

Величина дифракційної розбіжності може бути оцінена за формулою:

, (1)

де – довжина хвилі, а– діаметр газорозрядної трубки. Теоретичний розрахунок вкладу в розбіжність випромінювання лазера інших факторів являє собою значні труднощі. Тому розбіжність випромінювання, зазвичай, вимірюється експериментально.

Найбільш точно кут розбіжності може бути виміряний на нескінченно великій відстані від вихідного дзеркала лазера. Щоб спостерігати структуру пучка на нескінченності, використовують метод фокусування. Для цього на шляху пучка ставлять телескопічний об`єктив і налаштовують його на нескінченність. Якщо б випромінювання лазера являло собою плоску хвилю (рис. 3), то у фокальній площині ми отримали б зображення точки. Якщо хвиля не плоска і промінь розходиться, то у фокальній площині виходить зображення з діаметром , що дорівнює:, де– кут розбіжності,– фокусна відстань об`єктива. Звідси

Рис. 3.

Але з достатнім степенем точності кут розбіжності можна оцінити наступним шляхом. Нехай – діаметр пучка в деякому перерізі, а– діаметр пучка в перерізі(рис.4).

Рис 4.

Тоді кут може бути розрахований за формулою:

. (2)

Порядок виконання роботи

1. Використовуючи екран, виміряти діаметр пучка за допомогою масштабної лінійки в двох перерізах , що розділені відстанню l . Відстань l повинна бути якомога більша. Переріз пучка може бути не круговим, а й еліптичним і розширюватися нерівномірно у різних напрямках. В цьому випадку в обох перерізах повинно обрати максимальний лінійний розмір пучка.

2. Розрахувати кут розбіжності пучка , використовуючи формулу (2).

3. Визначити значення дифракційної розбіжності пучка за форм. (1).

4. Оцінити відносне значення дифракційної розбіжності пучка ().

Результати вимірювань занести до таблиці.

Таблиця 1

2. Вимірювання ступеня поляризації лазерного випромінювання

Робоча середа He-Ne лазера є ізотропною. Проте її випромінювання плоско поляризоване. Поляризація випромінювання викликана тим, що вікна газорозрядної трубки орієнтовані під кутом Брюстера до оптичної вісі системи. В цьому випадку це означає, що випромінювання, вектор якого лежить в площині падіння, пройде крізь вікна трубки без втрат. Випромінювання ж, векторякого перпендикулярний площині падіння, частково вийде за межі трубки. Зазвичай, в резонаторі генерується випромінювання, втрати якого мінімальні, тобто в даному випадку – це плоскополяризоване випромінювання, векторякого лежить в площині падіння на вікна трубки.

Якщо на аналізатор (поляризаційну призму чи поляризаційний фільтр) падає випромінювання, площина світових коливань якого складає кут з головною площиною аналізатора, то залежність пропущеного ним світла від кута поворотумає вигляд:

, (3)

де – інтенсивність падаючого світлового пучка.

Схема досліду зображена на рис. 5. Випромінювання He-Ne лазера, проходячи крізь поляризаційну призму (1), попадає на фотодіод (2) і реєструється прибором (3).

Рис. 5.