Устройство для демонстрации спектра лазерного излучения Советский патент 1989 года по МПК G09B23/22 

Изобретение 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 He-Ne, длина резонаторов которых отличается, поворотное зеркало 3, служащее для введения на вход устройства одного из 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, выполнен- ньй твердотельным с напьтением зеркал, линзу 7, служащую для формирования видимого изображения 8 на экране (стене) 9, лучи 10 источников I 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 СО а, если фиксирована

сл

его длина L и показатель преломления

Пи среды, т.е. 03q гЧ, ,2...

7 Ь П ср

В стационарном режиме при заданной конструкции лазера и в случае, когда скачки фаз при отражении отсутствуют.

Генерация лазера возникает лишь для тех частот из беско нечного набо- раСОд, которые принадлежат спектральному интервалу, где выполнены условия достижения генерации, т.е. необходимо, чтобы возможные изменения любой характеристики волны компенсировались на протяжении цикла и к его койцу принимали исходные значения за исключением фазы, которая изменится на величину, краткую 2 ii , -Генерация, .следовательно, возможна лишь для тех частот СОа, которые расположены внутри интервала частотСО , СА). Разность увеличивается с ростом мощности процесса возбуждения активной среды при фиксированной величине потерь. Если ( i &Q, возможна генерация одной частоты а приО - возможны бихроматичес- кий, трихроматический и так далее режи- мылазера. Следовательно, в каждом газовом лазере существуют спектр излуче- ния, который зависит от активной среды, резонатора, и уширение линий, вызванное броуновским движением зеркал; и спонтанным испусканием активной среды, составляющие фантастически малую величину, которой можно пренебречь.

Дпя верной передачи спектра решающее значение имеют точна; юстировка интерферометра и его согласование с резонатором лазера, что тем самым

вызывает много затруднений, так как волновой фронт входящего излучения должен иметь радиус кривизны, совпадающий с радиусом кривизны сферического зеркала интерферометра, и диа- метр световога пучка лазера равен пучку света с интерферометра, а также необходимо исключить влияние отраженного пучка света «от интерферометра на входящий пучок света. Если интер- ферометр и резонатор лазера согласованы, то падающая волна типа , возбуждает в интерферометре тип колебаний с теми же индексами q, m, n, в этом случае возможно образование в интерферометре стоячих волн с теми ж е частотами, что и в лазерном резонаторе, на выходе из 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,из за неТ-оверщенства 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 схдящегося 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°относительно своего нижнего левого края так, что излучение or 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-с нее - число колец больше, лазер коро- че - колец меньше, как на фиг. 2, где их размер определяется по формуле -2-Пер. h , гдеЬ - толщина интерферометра, if - угол формирующего пучка света; - длина волны; m - порядок интерферен2даи. Все оптические 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: н выходе линзы 5 образуется сферический фронт световой волны, который, падая на интерферометр, частично проходит, а частично отражается, но отражается 1 не на встречу падающему излучению, как

это в других устройствах, требукщи.х оптических элементов развязки, а в

5152

стороны, тем самым исключается взаимовлияние падающей и отраженной воли. Интерферометр Фабри-Перо выполнен твердотельным с напьлением зеркал, где при использовании He-Ne-лазеров с разной длиной резонаторов для разрешения их спектра толшинл прозрачной пластинки интерфероиетра выполнена h 5 см. Использование интерферометра Фабри-Перо с такой базой, дающей необходимое разрешение, позволяет довольно четко наблюдать спектр излучения лазера в затемненной аудитории ни экране (стене) с помощью He-Ne-лаэеров.

Демонстрационная наглядность повышается за счет того, что получаем реальную картину на экране (стене), по которой можно судить о спектре излучения лазера, размеры которой достигают в диаметре около 1 м.

Повышение удобства использования устройства вызвано тем, что не требуется тщательной и длительной по вре2

мени его юстировки по согласованию фронтов излучения.

Формула изобретения

1.Устройство дпя демонстрации спектра лазерного излучения, содержащее газовый , короткофокусную

линзу, интерферометр Фабри-Перо и экран, отличающееся тем, что, с целью повышения наглядности путем исключения влияния отраженного от интерферометра излучения, он имеет

установленную мехпу короткофокусной линзой и иитерферометром дополнительную линзу дпя формирования сферичес- ). кого фронта световой волны и объектив, расположени 1й между интерферометром и экраном.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, : что оно имеет допоя- нительный лазер с отличной от пер вот-, го длиной резонатора, а между лазерами установлено поворотное зеркало

для передачи пучка на короткофокусную линзу,.

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.

Фиг.г