Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра фотоніки
Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт
з курсу “Лазерні технології”
для студентів 4-го курсу кафедри “Фотоніки”
Підготував
доцент Д.І.Попович
ЛЬВІВ-2012
Лабораторна робота № 1
ПРИСТРІЙ Й ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ТВЕРДОТІЛЬНЫХ ЛАЗЕРІВ
Ціль роботи:
ознайомитися із принципом дії, складом, пристроєм і блок-схемою лазерів;
вивчити конструкції та основні елементи випромінювачів твердотільних лазерів; ;
набути практичні навички по обслуговуванню й догляду за елементами випромінювача лазера.
1.1. Устаткування й прилади
Лазерна технологічна установка ГОР-300(ГОС-301); генераторна головка твердотільного лазера; лазерний стрижень, лампа накачування, відбивний блок, набір дзеркал резонатора, допоміжні матеріал.
1.2. Загальні положення
Відповідно до законів квантової механіки енергія атома може мати певний дискретний ряд значень, названих рівнями енергії. Самий нижній рівень енергії (рис1.1. а) при якому енергія системи мінімальна, називається основним рівнем . Інші рівні ( ) відповідають більше високій енергії системи й називаються збудженими. У збудженому стані атом може перебувати лише короткий час і прагне перейти в один зі станів з меншою енергією. Такі переходи можуть здійснюватися атомами мимовільно (спонтанно) (мал. 1,6) або вимушено (під дією електромагнітної хвилі із частотою ν, при цьому з атома виділяється відповідна різниця енергій . Частота випромінюваної хвилі визначається залежністю Планка:
( 1)
де - постійна Планка ().
Зовнішня резонансна хвиля «розгойдує» електрон і прискорює його падіння на рівень із меншою енергією. Падаюча хвиля визначає напрямок поширення випущеної хвилі й підсилюється лавиноподібно (мал. 1..в).
Якщо атом спочатку перебуває на якому-небудь із нижніх рівнів, то при падінні на речовину електромагнітної хвилі із частотою ν, обумовленої вираженням (1.), атом речовини перейде з більше низького рівня на більше високий (мал. 1.. г). Різниця енергій , необхідна для такого переходу, береться з енергії падаючої електромагнітної хвилі. У цьому полягає процес поглинання. У природних умовах нижні енергетичні рівні населені більш щільно, ніж верхні. Отже, щоб зробити середовище підсилююче електромагнітну хвилю, необхідно досягти нерівноважного стану, при якому населеність верхнього рівня N2 буде більше населеності нижнього N1 т.т. N2>N1. У цьому випадку прийнято говорити, що в середовищі існує інверсія населеності, маючи на увазі, що різниця населеностей N2-N1>0 протилежна тієї, котра існує у звичайних умовах (N2-N1 <0). Середовище, у якій відтворюється інверсія населеності, називається активною.
Процес, під дією якого атоми переводяться на верхні рівні, називається накачуванням. Існує кілька методів накачування.
Прилади, що підсилюють наведеним способом електромагнітну хвилю в оптичному діапазоні, називаються лазерами (англ. Laser). Ця назва утворена початковими буквами слів англійської фрази: Light amplification by stimulated emission of radiation - посилення світлових хвиль за допомогою змушеного випромінювання.
При поширенні електромагнітної хвилі в активному середовищі щільність потоку фотонів у ній поступово підвищується. Однак більшість активних середовищ мають низький коефіцієнт квантового підсилення. Так, для 100-кратного підвищення, амплітуди хвилі підсилювач на рубіні повинен мати довжину більше 920 м. Для скорочення розмірів підсилювачів у їхню конструкцію введений позитивний зворотний зв'язок. Для цього активне середовище розміщають між двома дзеркалами з високим коефіцієнтом відбиття (рис .2). У цьому випадку електромагнітна хвиля, що поширюється в напрямку, перпендикулярному до дзеркал, буде по черзі відбиватися від них, багаторазово проходити через активне середовище, підсилюючись протягом дії джерела накачування.
Рис. 1.
Для виводу з резонатора пучка підсиленого випромінювання використовують різні методи, що дозволяють зберегти частину енергії в р...
