Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Программное и мультимедийное сопровождение учебных занятий

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине

«ФИЗИКА ЛАЗЕРОВ»

для специальности 5В071600 – Приборостроение

 

Караганда 2012

 


Составитель: Лауринас Витаутас Чесловасович

заведующий кафедрой спектроскопии

конденсированного состояния, к.ф.-м.н.

 

В курсе «Физика лазеров» основное внимание уделено наиболее важным и общим физическим явлениям, приводящим к возникновению лазерной генерации, а также рассмотрены основные характеристики лазерного излучения и режимы работы лазеров.

 

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Физика лазеров» для специальности 5В0716000 «Приборостроение», /Сост. В.Ч.Лауринас -Караганда: Изд-во КарГУ, 2012. – 49 с.

 

© Карагандинский государственный университет, 2012


УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ - SYLLABUS

 

 

1.1 Данные о преподавателе:

Лауринас Витаутас Чесловасович, к.ф.-м.н.

Контактная информация:

корпус №2, кабинет №416,

время пребывания – определяется расписанием учебных занятий и графиком консультаций,

[email protected]

 

 

1.2 Данные о дисциплине:

название – Физика лазеров

количество кредитов - 3

 

Выписка из учебного плана

Форма обучения Срок обучения Кур Семестр Кредиты Лекции Семинарские Лабораторные СРСП СРС Всего Форма контроля
Очн                     Экз.

 

1.3 Пререквизиты: математика 1 и 2, физика 1 и 2.

 

 

1.4 Постреквизиты: лазерные системы, лазерная аналитическая спектроскопия; кроме того, знания, полученные при изучении данной дисциплины, могут быть использованы студентами для выполнения дипломных работ, а также в практической работе после окончания вуза.

 

1.5 Краткое описание дисциплины:

Цели курса: ознакомление студентов с принципом действия оптических квантовых генераторов и усилителей, основными режимами работы лазеров.

Задачи курса:

По окончании курса «Физика лазеров» студенты должны знать:

а) общие принципы возникновения генерации;

б) основные способы создания инверсной населенности;

в) наиболее часто встречающиеся на практике типы резонаторов лазеров;

г) следующие режимы работы лазеров: свободной генерации; модуляции добротности; модуляции усиления;

д) основные характеристики и параметры лазерного излучения.

Результаты обучения

Знание принципов действия и режимов работы лазеров.

Практические навыки работы с лазерной техникой: умение настроить резонатор лазера; измерить основные характеристики лазерного излучения твердотельных лазеров, работающих в режиме свободной генерации и модуляции добротности.

График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

Виды работ Цель и содержание задания Ссылка на список рекомендованной литературы Продолжительность выполнения Форма контроля (согласно рейтинг - шкале) Баллы (согласно рейтинг - шкале) Форма отчетности Сроки сдачи
  Подготовка доклада по теме СРС Развитие аналитических и познавательных способностей студента Согласно изученным темам Одна неделя на каждую тему Домашний контроль. Максимум 10 баллов. Доклад на занятиях по СРСП и предоставление реферата к докладу. Еженедельно
  Изучение устройства и принципа действия основных приборов, используемых при настойке резонаторов лазеров и измерении основных характеристик. Развитие аналитических и познавательных способностей студента Согласно изученным темам В течение семестра Текущий контроль Максимум 20 баллов Демонстрация преподавателю умения работать на приборах, защита результатов выполнения лабораторных работ Еженедельно
  Комплексное тестирование. Проверка усвоения полученных на лекциях и при самостоятельной работе знаний. Согласно изученным темам 6 недель 1 рубежный контроль Максимум 30 баллов. Результаты тестирования 7 неделя
  Комплексное тестирование Проверка усвоения полученных на лекциях и при самостоятельной работе знаний. Согласно изученным темам 12 недель 2 рубежный контроль. Максимум 30 баллов Результаты тестирования. 13 неделя
  Получение рейтинг - допуска Оценка успеваемости студента по всем видам занятий в течение семестра. Весь список 15 недель Рейтинг – допуск. Максимум 60 баллов Ведомость с рейтинг - допуском. 15 неделя
  Экзамен Комплексная проверка знаний Весь список 15 недель Итоговый контроль Максимум 40 баллов Итоговая оценка успеваемости 16 неделя

 


1 .8. Список литературы:

Основная литература

1. Звелто О. Принципы лазеров. – СПб., Лань, 2008.

2. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. - М.: Наука, 1990.

3. Качмарек И., Франтишек М. Введение в физику лазеров. - М.: Мир, 1981.

4. Крылов К.И., Прокопенко В.Д. Основы лазерной техники. - М.: Машиностроение, 1990.

5 Лазеры. Исполнение, управление, применение. - М.: Техносфера, 2008.

Дополнительная литература

6 Басов Н.Г. О квантовой электронике. - М.: Наука, 1987.

7 Лауринас В.Ч. Физика лазеров. Лабораторный практикум. - Караганда, КарГУ, 2004.

8 Техническое описание и инструкция по эксплуатации измерителя энергии калориметрического ИКТ-1Н.

9 Техническое описание и инструкция по эксплуатации измерителя средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-1Н.

10 Техническое описание и инструкция по эксплуатации лазера ОГМ -20.

11 Техническое описание и инструкция по эксплуатации осциллографа двухлучевого универсального запоминающего С8-14.

12 Техническое описание и инструкция по эксплуатации лазера твердотельного импульсного перестраиваемой частоты ЛТИПЧ-4.

13 Лауринас В.Ч.. Кожевников А.А. Коррекция спектров возбуждения. Программное обеспечение спектрофлуориметра. Вестник КарГУ.-2005.-№1 (37).-Серия физ.-С.57-62.

Источники на электронных носителях

14 Лауринас В.Ч. Физика лазеров. Лабораторный практикум. Электронное учебное пособие. КарГУ им. Е.А. Букетова, 2004.

15 Лауринас В.Ч. Курс лекций «Физика лазеров», 2011.

Интернет-источники

16 http://www.sci-lib.com/physics

17http://www.maikonline.com/maik/showIssues.do?juid=REO87K8G7&year=2011

1.9. Информация по оценке:

Рейтинговая шкала оценки знаний студентов

 

Рейтинг Баллы
Текущий 15-30
Рубежный 15-30
Итоговый 20-40
Всего 50-100

 

1.10 Политика и процедура:

Административные требования к студентам в процессе изучения курса:

 

Опоздания, пропуски Минус 0,5 баллов за опоздание и 1 балл за пропуск
Отсутствие реферата к сроку Минус 3 балла
Отсутствие на рубежном контроле Минус 5 баллов
Отсутствие на экзамене на итоговом контроле Минус 10 баллов

 

Оценка по буквенной системе Баллы %-ное содержание Оценка в традиционной системе
А 4.0   отлично
А- 3.67 90-94 отлично
В+ 3.33 85-89 хорошо
В 3.0 80-84 хорошо
В- 2.67 75-79 хорошо
С+ 2.33 70-74 удовлетворительно
С 2.0 65-69 удовлетворительно
С- 1.67 60-64 удовлетворительно
D+ 1.33 55-59 удовлетворительно
D 1.0 50-54 удовлетворительно
F   0-49 неудовлетворительно

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

2.1. Тематический план курса

Всего 3 кредита

 

Наименование темы Лекции Практические Лабораторные СРСП СРС
             
  Принцип работы лазера. Основные характеристики          
  Типы резонаторов. Моды.     -    
  Процессы накачки.     -    
  Режимы работы лазера.          
  Преобразование лазерного пучка.     -    
  Всего часов          

 

Тезисы лекций.

Тема 1: Принцип работы лазера. Основные характеристики.

Лекция № 1.

Рассматриваемые вопросы: Введение. Спонтанное излучение. Вынужденное излучение. Поглощение.

 

Происхождение слова «лазер» - аббревиатура английской фразы «light amplification by stimulated emission of radiation», которая переводится как «усиление света посредством вынужденного испускания излучения».

В случае вынужденного излучения, поскольку процесс инициируется падающей волной, излучение любого атома добавляется к этой волне в той же фазе. Падающая волна определяет также направление распространения испущенной волны.

 

Литература:

основная: № 1, 3

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 2.

Рассматриваемые вопросы: Принцип работы лазера. Схемы накачки. Трехуровневая схема. Четырехуровневая схема.

 

При наличии только двух уровней инверсию населенностей создать нельзя. Следовательно, такая система не может служить для создания активной среды.

Лазер может работать как по трех, так и по четырех уровневой схеме. В лазерах, работающих по четырех уровневой схеме, инверсию населенностей получить гораздо легче.

Для получения генерации активную среду необходимо поместить в резонатор, который обеспечивает положительную обратную связь.

Лазерная генерация начинается тогда, когда усиление активной среды компенсирует потери в резонаторе.

 

Литература:

основная: № 1, 3

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 3.

Рассматриваемые вопросы: Свойства лазерных пучков. Монохроматичность. Когерентность. Направленность. Яркость. Генерация импульсов малой длительности.

 

Специфические свойства лазерного излучения, отличающие его от излучения долазерных некогерентных источников следующие:

а) когерентность (как пространственная, так и временная). Понятия пространственной и временной когерентности дают описание лазерной когерентности только в первом порядке. Для полного понимания различия между обычным источником света а лазерным необходимо рассматривать когерентности высших порядков.

б) направленность (расходимость менее рад). В лазерном резонаторе могут поддерживаться только такие электромагнитные волны, которые распространяются вдоль оси резонатора или в очень близком к оси направлении.

в) монохроматичность ( ). Генерация может возникать только на резонансных частотах резонатора лазера.

г) малая длительность (~ ). Генерация коротких импульсов является, по видимому, менее фундаментальным свойством, чем монохроматичность. В то время как любой лазер можно в принципе таким, что он будет генерировать достаточно монохроматическое излучение, короткие импульсы можно получать лишь от лазеров с широкой линией излучения, т.е. на практике только от твердотельных или жидкостных.

д) высокая интенсивность (> ).

 

Литература:

основная: № 1, 3

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Тема 2: Типы резонаторов. Моды.

Лекция № 4.

Рассматриваемые вопросы: Плоскопараллельный резонатор. Концентрический резонатор. Конфокальный резонатор. Полусферический резонатор. Полуконфокальный резонатор. Устойчивый резонатор. Неустойчивый резонатор.

 

Лазерные резонаторы характеризуются следующими двумя главными особенностями:

а) они, как правило, являются открытыми, т.е. не имеют боковой поверхности.

б) их размеры намного превышают длину волны лазерной генерации.

Резонатор называется неустойчивым, если произвольный луч, последовательно отражаясь от каждого из двух зеркал резонатора, удаляется на неограниченно большое расстояние от оси резонатора.

Резонатор, в котором луч остается в пределах ограниченной области, называется устойчивым.

 

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 5.

Рассматриваемые вопросы: Теория излучения черного тела. Моды. Закон излучения Рэлея – Джинса. Формула Планка.

 

На модельном представлении однородной полости произвольной формы, заполненной изотропной диэлектрической средой рассмотрены спектральная плотность энергии и спектральная интенсивность излучения.

На модельном представлении прямоугольной полости с идеально проводящими стенками, равномерно заполненной диэлектриком, вычислено распределение стоячих электромагнитных волн, которое может существовать в этой полости.

Используя уравнения Максвелла и волновое уравнение, введено понятие электромагнитной полости моды.

Из решения уравнения Гельмгольца определена средняя энергия каждой моды и плотность энергии – т.е. получен закон излучения Рэлея-Джинса.

Показано полное противоречие закона излучения Рэлея-Джинса экспериментальным фактам.

На основании гипотезы Планка о световых квантах получена формула Планка, описывающая излучение абсолютно черного тела и показано полное соответствие данной формулы экспериментальным данным.

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 6.

Рассматриваемые вопросы: Продольные моды резонатора. Поперечные моды резонатора.

Стоячая волна, или мода, устанавливается в резонаторе лазера для всех длин волн, которые удовлетворяют соотношению вида

Моды, устанавливающиеся вдоль оси резонатора, называются продольными или аксиальными.

Продольные моды резонатора занимают существенно более узкий частотный интервал, чем полоса частот обычного спонтанного перехода.

Моды, устанавливающиеся в плоскости, перпендикулярной оси резонатора, называются поперечными или пространственными модами. Они определяют относительное распределение интенсивности лазерного пучка.

В поперечном сечении лазерный пучок имеет определенное распределение интенсивности, которое определяется геометрией резонатора, образованного двумя концевыми зеркалами.

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Тема 3: Процессы накачки.

Лекция №7.

Рассматриваемые вопросы: Виды накачки. Оптическая накачка. Типы осветителей при оптической накачке.

 

Процесс, который переводит частицу на верхний лазерный уровень, называется накачкой.

При оптической накачке используется излучение мощного источника света. Этот способ чаще всего используется для накачки твердотельных и жидкостных лазеров.

Электрическая накачка осуществляется посредством достаточно интенсивного электрического разряда, и ее особенно хорошо применять для газовых и полупроводниковых лазеров.

При химической накачке инверсная населенность может быть создана с помощью соответствующей химической реакции – используется в основном для газовых лазеров.

Другим эффективным способом накачки газовых лазеров является сверхзвуковое расширение газовой смеси - газодинамическая накачка.

Специальный вид оптической накачки – лазерный луч используется для накачки другого лазера – лазерная накачка, чаще всего используется для накачки жидкостных лазеров.

Накачка электронным пучком и с помощью ядерных реакций.

 

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 8.

Рассматриваемые вопросы: Испускание излучения от лампы. Перенос излучения лампы к активному элементу. Поглощение излучения в активном элементе.

 

Лазер работает в импульсном или в непрерывном режиме, в зависимости от того, является ли лампа накачки импульсной или непрерывной.

Осветители с несколькими лампами дают более низкий КПД, чем соответствующие конфигурации с одной лампой. Их применяют в системах для получения высокой энергии излучения.

В импульсных лазерах используют ксеноновые или криптоновые импульсные лампы при давлениях газа от 400 до 1500 мм. рт. ст.

Световой импульс создается разрядом через лампу электрической энергии, запасенной чаще всего в батарее конденсаторов.

Обычно длительность вспышки варьируется от нескольких мкс до нескольких мс.

В непрерывных лазерах наиболее часто применяют криптоновые лампы высокого давления (1 – 8 атм) или галогенные лампы накаливания.

 

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 9.

Рассматриваемые вопросы: Передача поглощенной активным элементом энергии верхнему лазерному уровню. КПД накачки.

 

Процесс накачки лазера рассмотрен состоящим из четырех различных этапов:

а) испускание излучения от лампы.

б) перенос этого излучения к активному элементу.

в) поглощение излучения в активном элементе.

г) передача поглощенной энергии верхнему лазерному уровню.

КПД накачки можно записать в виде:

где - излучательная эффективность лампы, т.е. эффективность преобразования электрической энергии на входе в оптическое излучение на выходе в диапазоне длин волн, соответствующем полосам накачки лазерной среды; - эффективность передачи, которую можно определить как отношение мощности (или энергии) накачки, действительно поступающей в активный элемент, к мощности (или энергии), излучаемой лампой в полезном диапазоне длин волн накачки; - эффективность поглощения, т.е. доля света, попадающего в активный элемент, которая действительно поглощается средой; - квантовый выход мощности (или энергии) накачки, т.е. доля поглощенной мощности (или энергии), которая приводит к созданию инверсии населенностей.

 

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Тема 4: Режимы работы лазера.

Лекция № 10.

Рассматриваемые вопросы: Непрерывный и импульсный режимы работы лазера. Режим свободной генерации твердотельного импульсного лазера.

 

Режим свободной генерации определяется тем, что в процессе генерации кроме накачки активного элемента отсутствует динамическое воздействие на другие элементы лазера.

В режиме свободной генерации КПД наибольший, поэтому лазеры в этом режиме применяются обычно в тех случаях, когда необходимо получить большую энергию импульса излучения.

Исследование режима свободной генерации представляет большой интерес, поскольку в этом режиме лазер ведет себя как свободная автоколебательная система, проявляя свои фундаментальные свойства.

Основная особенность режима свободной генерации состоит а нестационарности: при гладкой форме светового импульса ламп накачки лазерное излучение состоит из изолированных импульсов, так называемых пичков.

В настоящее время известно несколько механизмов, приводящих к пичковому режиму генерации твердотельных лазеров:

изменение параметров резонатора во время генерации;

неоднородное «выгорание» инверсии а активной среде;

взаимодействие лазерных мод в активной среде;

взаимодействие лазерных мод вследствие нелинейности показателя преломления элементов лазера.

 

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 11.

Рассматриваемые вопросы: Работа твердотельного лазера в режиме модуляции добротности. Активные и пассивные лазерные затворы. Работа импульсного лазера в режиме модуляции усиления.

 

В твердотельных лазерах в режиме свободной генерации временная структура излучения, как правило, носит пичковый характер. Для получения одиночного импульса минимальной длительности (моноимпульса, гигантского импульса) необходимо осуществлять модуляцию (управление) добротностью резонатора.

Для переключения добротности резонатора в него вводят специальное устройство – лазерный затвор.

Основным параметром лазерного затвора является время включения.

Затвор с бесконечно быстрым переключением является наилучшим. Однако в реальных затворах время переключения, разумеется, конечно, и находится в пределах от 1 до 1000 нс. Качество затвора тем выше, чем меньше коэффициент потерь, так как эти потери действуют во время генерации и снижают энергию моноимпульса.

Наиболее широкое применение находят три типа лазерных затворов: оптико-механический, пассивный и электрооптический.

Оптико-механический затвор – лазерный затвор, действие которого на перемещении оптических элементов резонатора.

Пассивный затвор использует насыщающийся поглотитель, который поглощает излучение на длине волны генерации лазера.

Электрооптические затворы – основаны на электрооптическом эффекте, обычно на эффекте Поккельса.

При модуляции усиления, в отличие от модуляции добротности, при которой потери в резонаторе резко переключаются до низкого уровня, резко переключается усиление до высокого уровня.

 

Литература:

основная: № 1, 4, 5

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 12.

Рассматриваемые вопросы: Синхронизация мод. Генерация лазерных импульсов пико- и фемтосекундного диапазона длительностей.

 

Метод синхронизации мод позволяет получать генерацию лазерных импульсов сверхкороткой длительности – от нескольких десятков пикосекунд до единиц фемтосекунд.

Синхронизация мод соответствует условию генерации, при котором моды резонатора генерируют с примерно одинаковыми амплитудами и синхронизованными фазами.

Условие синхронизации мод определяет выходной пучок, который представляет собой цуг синхронизованных по фазе импульсов, причем длительность каждого импульса примерно равна обратной ширине линии генерации. Поскольку ширина линии генерации может быть порядка ширины линии усиления, то синхронизация мод в твердотельных или полупроводниковых лазерах позволяет генерировать импульсы до нескольких пикосекунд.

В лазерах на красителях ширина линии усиления в сотни раз превышает эту величину в твердотельных лазерах, что дает возможность получения импульсов до нескольких фемтосекунд.

 

Литература:

основная: № 1 - 3

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Тема 5: Преобразование лазерного пучка.

Лекция № 13.

Рассматриваемые вопросы: Сверхизлучение. Суперлюминесценция. Усиленное спонтанное излучение.

 

Некоторые особенности сверхизлучения и суперлюминесценции:

а) существует вполне определенный порог возникновения кооперативного эффекта;

б) длина активной среды должна быть меньше некоторой характеристической длины, значение которой зависит от начального уровня инверсии;

в) интенсивность излучаемого света не изменяется во времени по экспоненциальному закону – оно имеет вид колоколообразной кривой, характерная длительность которой при большом уровне начальной инверсии может быть много меньше спонтанного времени жизни уровня;

г) в случае стержневой формы активной среды свет будет излучаться в телесный угол, соответствующий углу дифракции;

д) пиковая мощность изменяется пропорционально ()2 где N – критическая инверсия, а V – критический объем, а не , как должно быть в случае нормального процесса спонтанного излучения.

Явление суперлюминесценции нельзя путать с усиленным спонтанным излучением, которое встречается обычно при работе лазеров с высоким коэффициентом усиления или лазерных усилителей.

При достижении критического значения инверсной населенности в пределах некоторого телесного угла вокруг оси активной среды наблюдается интенсивное излучение, даже при отсутствии зеркал в резонаторе.

 

Литература:

основная: № 1 - 3

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 14.

Рассматриваемые вопросы: Оптические квантовые усилители. Однопроходный усилитель бегущей волны. Временное сжатие лазерных импульсов.

 

Прежде чем использовать лазерный дл каких-либо целей его, как правило, подвергают некоторому преобразованию. наиболее общепринятым является такое преобразование пучка, когда его заставляют распространяться в свободном пространстве или пропускают через соответствующую оптическую систему. поскольку при этом происходит изменение пространственного распределения пучка (например, пучок может быть сфокусирован или расширен), такое преобразование можно назвать пространственным.

Второй способ преобразования, с которым также приходится достаточно часто сталкиваться, имеет место, когда пучок пропускают через усилитель или через цепочку усилителей. При этом изменяется главным образом амплитуда пучка и поэтому такое преобразование называется амплитудным.

Третий, менее тривиальный способ, заключается в изменении длина волны пучка вследствие прохождения его через соответствующую нелинейную оптическую среду – преобразование длины волны или частоты.

С помощью систем сжатия, использующих нелинейные оптические элементы, можно значительно сократить длительность лазерного импульса. Этот четвертый, и последний, способ называется временным преобразованием или сжатием.

 

Литература:

основная: № 1 - 3

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Лекция № 15.

Рассматриваемые вопросы: Преобразование частоты лазерного излучения. Генерация гармоник. КПД преобразования.

 

В классической линейной оптике предполагается, что индуцированная электрическая поляризация среды линейно зависит от приложенного электрического поля - .

При сильных электрических полях, характерных для лазерных пучков, данное соотношение уже не является хорошим приближением и следует учитывать последующие члены разложения, в которых векторы P должны рассматриваться как функции более высоких степеней величины E. Этот нелинейный отклик может привести к обмену энергией между электромагнитными волнами на разных частотах.

Генерация второй гармоники имеет место, когда в нелинейном материале лазерный пучок с частотой частично преобразуется в когерентный пучок с частотой 2 .

Оптическая параметрическая генерация – это такое явление, когда лазерный пучок с частотой вызывает в нелинейном материале спонтанное излучение двух когерентных пучков с частотами и , причем .

При сильных электрических полях, имеющих место в лазерных пучках, эффективность преобразования в обоих процессах может быть достаточно высокой, в случае генерации второй гармоники приближаясь к 100%.

Эти методы используются для генерации новых когерентных волн с различными частотами, отличающимися от частоты падающей волны.

 

Литература:

основная: № 1 - 3

дополнительная: № 6, 7

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Планы семинарских занятий.

На практических занятиях студентами под руководством преподавателя изучаются основные приборы, которые используются при проведении измерений на лабораторных работах данного курса.

Занятие № 1.

Задание:

1. Изучить устройство и принцип действия измерителя энергии калориметрического ИКТ-1Н

2. Изучить устройство и принцип действия измерителя средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-2Н.

3. Приобрести навыки работы на данных приборах.

 

Литература:

дополнительная: № 8, 9

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Методические рекомендации:

1. Объяснить принцип действия изучаемых приборов и их конструктивные особенности.

2. Дать последовательность включения приборов, акцентировав внимание на том, что приборы требуют прогрева перед проведением измерений не менее 2 часов.

3. Объяснить ход проведения калибровки приборов.

4. Обратить внимание на значительную, по сравнению с измерителем средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-2Н, инерционность измерителя энергии калориметрического ИКТ-1Н. Данная особенность ИКТ-1Н требует значительных интервалов между проведением измерений, в противном случае полученные значения энергии будут ошибочными.

5. Указать на важность соосности измерительных выносных блоков приборов лазерному излучению. Показать способы юстировки измерительных блоков.

6. Обратить внимание на нечувствительность приборов к рассеянному свету, присутствующему в лаборатории, что позволяет проводить все измерения без затемнения лаборатории.

Занятия № 2 - 5.

Задание:

1. Изучить устройство импульсного рубинового лазера ОГМ-20.

2. Изучить принцип действия импульсного рубинового лазера ОГМ-20.

3. Изучить конструкцию импульсного рубинового лазера ОГМ-20.

4. Приобрести навыки работы на данном приборе.

 

Литература:

основная: № 1 - 3

дополнительная: № 10

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Методические рекомендации:

1. Демонстрируется устройство излучателя лазера (его составные элементы):

зеркала резонатора, при этом отмечается, что в базовой модели ОГМ-20 в качестве «глухого» заднего зеркала использовалась призма полного внутреннего отражения. Объясняются преимущества и недостатки использования в качестве элементов резонатора зеркал и призмы;

осветитель с плотной упаковкой активного элемента и импульсной лампы, как с нанесенным отражающим покрытием, т.е. готовый к эксплуатации, так и без такового, т.е. заготовка осветителя, позволяющая лучше видеть компоновку активного элемента и лампы внутри её. Осветители для твердотельных лазеров других моделей - эллиптический, с фокусировкой излучения лампы на активный элемент, - для использования в качестве источника накачки спиралевидных и тороидальных импульсных ламп;

импульсные лампы накачки разных форм – прямая, спиралевидная, тороидальная;

активный элемент, при его демонстрации следует обратить внимание на такую конструктивную особенность активного элемента для ОГМ-20 как наличие наконечников из лейкосапфира. Кроме того, показывается наличие плоскости симметрии самого монокристалла рубина, которая проявляется в отраженном свете как темная полоса при определенном положении кристалла относительно листа белой бумаги;

2. Объясняется устройство блока питания ОГМ-20:

принцип действия емкостного накопителя энергии;

приводятся характеристики основных типов конденсаторов, используемых в емкостных накопителях энергии;

приводятся основные характеристики коаксиальных кабелей, используемых для соединения силовых элементов блока питания;

система «поджига» импульсных ламп (обсуждаются различные схемы «поджига», используемые в твердотельных лазерах;

порядок подготовки блока питания к включению;

порядок включения блока питания ОГМ-20;

порядок работы на импульсном рубиновом лазере ОГМ-20;

порядок выключения блока питания ОГМ-20.

3. Меры техники безопасности при работе с ОГМ-20

 

Занятия № 6 - 9.

Задание:

1. Изучить устройство осциллографа двухлучевого универсального запоминающего С8-14.

2. Изучить принцип действия осциллографа двухлучевого универсального запоминающего С8-14.

3. Изучить конструкцию осциллографа двухлучевого универсального запоминающего С8-14.

4. Приобрести навыки работы на данном приборе.

 

Литература:

дополнительная: № 11

источники на электронных носителях: № 14, 15

Интернет - источники: № 16, 17

 

Методические рекомендации:

1. Рассматриваются функциональные узлы базовой модели осциллографа:

два канала вертикального отклонения (верхнего и нижнего лучей);

канал горизонтального отклонения;

усилитель подсвета;

коммутатор синхронизации;

усилитель синхронизации;

индикатор;

калибратор;

схема памяти;

схема задержки;

блок питания.

Отмечается, что осциллограф С8-14 является многофункциональным прибором. Универсальность его обеспечивается сменными блоками в каналах вертикального и горизонтального отклонения, вставляемыми в базовый блок. Приводятся характеристики некоторых сменных блоков, например стробоскопического, и их функциональные характеристики.

2. Общие указания по эксплуатации:

подготовка к работе;

подготовка к проведению измерений;

проведение измерений.

калибровка каналов вертикального отклонения;

калибровка канала горизонтального отклонения;

особенности проведения амплитудных и временных измерений (анализируются постоянная времени, полоса пропускания усилителя входа осциллографа, время нарастания,

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...