Оптоинформатика (стр. 7 из 19)
Отчет о проделанной лабораторной работе должен включать в себя:
1. Описание экспериментальной установки и её оптическая схема.
2. Таблица измерений средней мощности лазерного излучения.
Таблица 2. Измерение мощности излучения лазера
| Частота Импульсов генерации | Измеритель «ВХОД» | Измеритель «ВЫХОД» | ||||
| Режим свободной генерации. | Режим модулированной добротности. | Режим получения второй гармоники | Режим свободной генерации. | Режим модулированной добротности. | Режим получения второй гармоники | |
| 14 Гц | ||||||
| 28 Гц | ||||||
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Чем отличаются лазеры построенные на основе четырехуровневой и трехуровневой схем?
2. Что необходимо для получения режима генерации наносекундными импульсами?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. К.И.Крылов, В.Т.Прокопенко, В.А.Тарлыков. Основы лазерной техники. Л.: Машиностроение, 1990г.
2. Б.Р.Белостоцкий, Ю.В.Любавский, В.М.Овчинников. Основы лазерной техники. М., 1972г.
3. А.А.Мак, Л.Н.Сомс, В.А.Фромзель, В.Е.Яшин. Лазеры на неодимовом стекле. М.: Наука, 1990г.
2.5. Лабораторная работа № I-5 «Лазерные системы для оптоинформатики. Фемтосекундный лазер на сапфире с титаном «Фемос –2»»
Цель работы: ознакомление с фемтосекундными лазерными источниками когерентного излучения.
Объект исследования: лазер фемтосекундных импульсов, энергетические и спектральные характеристики фемтосекундного излучения
Задачи, решаемые в работе:
1. Ознакомление с устройством лазера «Фемос-2».
2. Проведение измерений средней мощности фемтосекундного излучения.
3. Проведение измерения периода следования фемтосекундных импульсов.
4. Проведение измерение спектра излучения с использованием спектрального прибора.
5. Проведение расчета энергии отдельного фемтосекундного импульса.
6. Проведение расчета длительности отдельного фемтосекундного импульса.
СВЕДЕНИЯ О ЛАЗЕРЕ
 |
Фемтосекундный титан-сапфировый лазер "Фемос-2" является мощным перестраиваемым источником излучения фемтосекундных импульсов света в ближней инфракрасной области спектра, выпускаемый отделом лазерной оптики при Новосибирском государственном университете. В основу работы лазера положен метод синхронизации мод наведенной керровской линзой. Оптическая схема лазера приведена на рис.1.
Рис. 1. Оптическая схема фемтосекундного лазера “Фемос - 2”.
В качестве излучения накачки используется высокостабилизированное, одномодовое по поперечным индексам излучение непрерывного ионного аргонового лазера обеспечивающий накачку до 15 Вт при высоких качественных параметрах выходного излучения. Излучение накачки поступает на зеркало З2 и при помощи линзы Л фокусируется в кристалл титан-сапфира диаметром 3 мм и длиной 6 мм, с торцами, наклоненными на угол Брюстера относительно оптической оси. Для пространственного согласования сфокусированного одномодового пучка накачки и одномодового излучения фемтосекундного лазера кристалл Ti:S помещается в центр системы из двух сферических зеркал СЗ1-СЗ2 с радиусом кривизны 80 мм и коэффициентом отражения R= 99.9%. Резонатор лазера образован системой плоских зеркал З1-З6 причем выходное зеркало З3 имеет пропускание Т= 3-5%, а остальные обладают коэффициентом отражения R= 99.9%. Для компенсации эффектов, связанных с дисперсионным расплыванием импульсов внутри резонатора лазера, установлен призменный компрессор, образованный двумя кварцевыми призмами П1-П2. Для перестройки излучения лазера по частоте используется щелевидная диафрагма ЩД, расположенная перед задним глухим зеркалом резонатора. Расположение оптических элементов под углом Брюстера позволяет уменьшить потери на отражение и задать определенную поляризацию выходного излучения.
Внешний вид лазера приведен на Рис. 2.
Рис. 2. Вид лазера “Femos-1” с открытой верхней крышкой.
Оптические детали резонатора, кристалл титан-сапфира и система ввода излучения закреплены на трех стержнях из инвара, что обеспечивает температурную стабильность длины резонатора и позволяет реализовать механизм синхронизации мод лазера, основанный на изменении пространственного профиля пучка в результате самофокусировки, вызванной эффектом Керра в кристалле титан-сапфира.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Схема измерений параметров фемтосекундного лазера приведена на рис. 3.
Рис. 3. Блок-схема измерений параметров фемтосекундного лазера.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомится с устройством лазера «Фемос-2» и лазера накачки.
2. Провести измерения выходной мощности фемтосекундного излучения с использованием калориметрического прибора ИМО-1М.
3. Измерить период следования фемтосекундных импульсов с использованием осциллографа С7-21 и фотоприемника на основе лавинного фотодиода.
4. Измерить спектр излучения с использованием спектрофотометра СФ-23, на выходе которого установлена ПЗС-матрица с компьютерным выходом.
ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Результаты измерений выходной мощности оформляются в виде таблицы.
2. Результаты измерений периода следования с использованием осциллографа С7-21 и фотоприемника на основе лавинного фотодиода должны быть выполнены в виде осциллограмм, по которым вычисляется период следования.
3. Результаты измерения спектра излучения в виде *.bmp файла обрабатываются с использованием любой графической компьютерной программы (Paint, Correl Draw, Photoshop).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Принцип получения фемтосекундных импульсов в лазере
«Фемос-2».
2. Зачем оптические элементы лазера расположены под углом Брюстера к оси пучка излучения?
3. Зачем нужен призменный компрессор?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. С.А. Ахманов, В.А. Выслоух, А.С. Чиркин. - Оптика фемтосекундных импульсов. - Наука, М., 1988
Словарь используемых в учебном пособии терминов.
ОПТОИНФОРМАТИКА является областью науки и техники, включающей совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, связанных с исследованием, разработкой, созданием и эксплуатацией новых материалов, технологий, приборов и устройств, направленных на передачу, прием, обработку, хранение и отображение информации на основе оптических технологий.
ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - свет в широком смысле этого слова, электромагнитное излучение, длины волн которого занимают диапазон примерно от 1 нм до 1 мм (диапазон частот охватывает около 20 октав и заключен в интервале 1011 - 1017 Гц). К оптическому излучению помимо видимого излучения, вызывающего у человека зрительное ощущение, относят ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. Объединение всех этих излучений в одну группу объясняется как единством принципов их возбуждения, так и общностью методов их преобразования и использования. Именно в диапазоне оптического излучения отчетливо проявляются одновременно волновые и корпускулярные свойства электромагнитного излучения. Волновые свойства оптического излучения обуславливают дифракцию, интерференцию, поляризацию света и многие другие явления. В то же время ряд оптических явлений (фотоэффект, фотохимические процессы) требуют для своего объяснения представления об оптическом излучении как о потоке быстрых частиц - фотонов. Эта двойственность природы оптического излучения или так называемый корпускулярно-волновой дуализм сближает его с другими объектами микромира и находит общее объяснение в квантовой оптике. Различные виды оптического излучения классифицируют по следующим признакам: механизму возникновения (тепловое излучение, люминесцентное излучение, излучение Вавилова-Черенкова); однородности спектрального состава (монохроматическое, немонохроматическое); упорядоченности ориентации электрического и магнитного векторов (естественное излучение, поляризованное линейно, эллиптически, по кругу); характеру рассеяния потока излучения (направленное, диффузное, смешанное) и т.д. Важнейшим качеством оптического излучения является его способность переносить информацию. Любое оптическое излучение, даже не подвергнутое каким-либо преобразованиям, уже содержит большой объем информации как об источнике этого излучения, так и о среде, сквозь которую распространяется это излучение. Объем информации, переносимой оптическим излучением, возрастает, если используются методы преобразования оптического излучения, целенаправленно повышающие его информационную содержательность. Поэтому важнейшей задачей многочисленных разделов оптики является получение, регистрация и обработка информации, заключенной в оптическом излучении. Принципиальным ограничением при передаче информации с помощью оптического излучения, распространяющегося в свободном пространстве, является дифракция: вся информация, заключенная в сигналах с пространственной частотой, превышающей l-1 (l - длина волны излучения), практически не передается. Минимальный пространственный период изменения сигнала должен быть значительно больше длины световой волны, если необходимо передать информацию о наличии таких изменений на расстояние, большее нескольких длин волн [1, 2].