 |
Измерение спектральных характеристик излучения полупроводниковых и твердотельных лазеров.
|
|
|
|
Измерение длины волны лазерного излучения
Под измерением спектральных характеристик понимают количественное определение параметров лазерного излучения. Спектр излучения лазера образуется при взаимодействии среды и оптического резонатора. Генерация возможна на тех частотах, на которых спектральное усиление превышает потери в резонаторе.
a-коэффициент усиления, g-линия потерь.
Когда говорят об излучении спектра лазера, то имеют в виду параметры: длина волны (частота) излучения лазера, ширина линии генерации, кол-во генерируемых типов колебаний, положение линий генерации на шкале длин волн, которое определяется множеством факторов: уровнем потерь, шириной контура усиления активной среды, положением собственных частот резонатора. Кроме того, определяются частотные расстояния м/у собственными типами колебаний и абсолютная стабильность их положения во времени.
В оптическом диапазоне 1012 …1016Гц, в отличие от радиочастотного, не существует метода, с помощью которого можно произвести прямые абсолютные измерения частот. Поэтому измеряют длину волны.
Длины волн измеряют следующим методом:
1. дисперсионный метод (используется призма). Недостаток: разрешающая способность призмы небольшая, малая точность измерения длин волн, зависимость отклонения от длины волны нелинейная и сильно зависит от материала призмы.
2. дифракционный метод (используется дифракционная решетка).
3. интерференционный метод
В дифракционном методе используется зависимость отклонения луча дифракционной решетки от длины волны.
Преимущество дифракционного метода по сравнению с призменным: определение более точной длины волны.
Интерференционный метод используется в интерферометре Фабри-Перо.
|
|
|
Рассмотрим измерение длин волн методом совпадения интерференционных картин.
1-эталонный источник, лазер с хорошо известной и стабильной длиной волны; 2-ИФП; 3-окуляр, в который наблюдается интерференционная картина; 4-исследованный источник излучения; 5-делительный кубик.
Излучение лазера, длину волны которого нужно определить, и излучение эталонного источника одновременно направляется в ИФП. Интерференционную картину, получающуюся в фокальной плоскости объектива 3, изучают либо визуально, либо фотографируют и обрабатывают.
d=(2p/l)2dn
Условие наблюдения четкой интерференционной картины возможно в том случае, если на интерферометр направлено излучение только эталонного лазера: 2d1n=m2lэ (1). Если на интерферометр направлено излучение источника: 2d1n=m2lx (2). Картина четкая, но другого порядка. Если излучение от двух источников, то картина будет четкая при совпадении максимумов:
2d2n=(m1+р1)lэ (3)
2d2n=(m2+р2)lx (4)
(3)-(1): 2dD=p1lэ,
(4)-(2): 2dD=p2lx,
lx=p1lэ/р2
Функция видности:
Измерение спектральных характеристик излучения полупроводниковых и твердотельных лазеров.
Все измерения спектров – это относительные измерения. В них измеряется относительное положение спектральных компонент друг относительно друга. В полупроводниковых и твердотельных лазерах отношение ширины линий к длине волны ~10-3…10-4. Следовательно, можно использовать промышленные призменные и дифракционные спектрометры. Dn/n~10-4…10-5 для твердотельных лазеров, работающих в режиме свободной генерации, спектр регистрируется с помощью промышленных ИФП. Если Dn/n<10-5, то используются специальные методы регистрации спектров с помощью промышленных ИФП.
Основные требования, предъявляемые к аппаратуре:
1. Простой вид аппаратной функции прибора. Аппаратной функцией прибора называется отклик спектрального прибора на монохроматическое излучение.
|
|
|
2. Высокая разрешающая способность.
3. Линейное воспроизведение шкалы длин волн.
4. Высокая чувствительность регистрирующей аппаратуры для обнаружения слабых типов колебаний и измерение их относительно интенсивностей. Чувствительность д.б. равномерной в широкой области спектра.
5. Отсутствие обратной оптической связи с лазером, который может привести к искажению спектра.
6. Стабильность спектральных характеристик и чувствительности регистрирующей аппаратуры во времени.
7. Быстродействие.
8. Визуализация спектра (для юстировки аппаратуры).
9. Удобство эксплуатации.
МП-матовая пластинка, 1-источник излучения.
Интенсивность излучения в каждой точке экрана с одной стороны определяется коэффициентом пропускания интерферомента, с другой – распространением интенсивности в спектре генерации лазера.
Радиус кольца r~tgj; f
d=2p/l(2dncosy)
r(n)
Нужно определить I(n).
D(x)-плотность почернения.
А-расстояние м/у центрами соседних порядков. А(мм)®с/2d (Гц)
х-расстояние в пределах кольца, х®Dn
Dn=хс/(2dA)
i0 ®P0; i®P
Плотность почернения D=lg(P0/P)=lg(i/i0). С другой стороны, D зависит от самого поглощения вещества: D=glg(Etp)-gj, P=const (зависит от типа пленки), g-коэффициент контрастности, j-инерция пленки.
lg(Etp) g -gj=lg(i/i0)» (Itp) g » i/i0
|
|
|
