Стажування з фізики для просунутих студентів
Практичний курс з фізики для досвідчених студентів Експеримент 30 Нелінійна оптика проведено: 8 січня 2009 р. 1. Подання протоколу: 15 січня 2009 р. 2. Подання протоколу: 22 січня 2009 р. Керівник: Anke Leitner Group 732 Kathrin Alpert kathrin.alpert@uni- ulm.de Саша Ханкеле [email protected] Підпис Підпис
Зміст 1 Теоретичні основи 3 1.1 Лазер. 3 1.1.1 Загальні положення. 3 1.1.2 Будова лазера. 3 1.1.3 Індуковані та спонтанні переходи. 4 1.1.4 Формування інверсії популяції на прикладі три- та чотирирівневого лазера. 5 1.1.5 Модель рівняння швидкості для лазера Nd-YAG. 7 1.1.6 Залежне від часу рішення рівняння швидкості. 8 1.1.7 Залежне від часу рішення рівняння швидкості. 10 1.2 Оптичні резонатори. 11 1.2.1 Типи. 11 1.2.2 Резонаторні режими. 12 1.2.3 Стійкість резонатора. 12 1.2.4 Втрати. 13 1.2.5 Поперечні режими. 14 1.3 Напівпровідникові лазери. 15 1.3.1 Будова та функції. 15 1.3.2 Властивості напівпровідникового лазера. 16 1.4 Nd-YAG-лазер. 17 1.4.1 Визначення. 17 1.4.2 Спектр флуоресценції та спектр поглинання. 18 1.5 Нелінійна оптика. 19 1.5.1 Нелінійна поляризація. 19 1.5.2 Ефекти другого порядку. 20 1.5.3 Насичений поглинач. 22 2 Налаштування експерименту 23 2.1 Опис експериментальної системи. 23 2.2 Експериментальні установки. 27 2.2.1 Введення в дію діодного лазера. 27 2.2.2 Визначення характеристичної кривої діодного лазера. 27 2.2.3 Встановлення палички YAG. 28 2.2.4 Вимірювання часу флуоресценції. 28 2.2.5 Будова лазера Nd-YAG. 28 2.2.6 Подвоєння частоти. 29 1
ЗМІСТ 2 3 Оцінка експерименту 30 3.1 Вимірювання напівпровідникового діода. 30 3.1.1 Вимірювання потужності та вимірювання порогу лазера. 30 3.1.2 Визначення коефіцієнтів регресії. 32 3.1.3 Вимірювання довжини хвилі вище лазерного порогу. 33 3.1.4 Робоча лінія довжини хвилі. 35 3.1.5 Вимірювання часу життя флуоресценції. 35 3.2 Лазер Nd-YAG. 36 3.2.1 Вимірювання потужності з постійною вхідною потужністю. 37 3.2.2 Вимірювання потужності з постійною довжиною хвилі на вході. 38 3.3 Подвоєння частоти. 38 3.3.1 Вимірювання довжини хвилі подвоєного частотою променя. 38 3.3.2 Вимірювання потужності за допомогою частотного подвійного кристала. 39 4 Заключне обговорення 40 A Дані вимірювань 41
Глава 1 Теоретичні основи 1.1 1.1.1 Загальні відомості про лазер Абревіатура LASER розшифровується як Підсилення світла за рахунок стимульованого випромінювання випромінювання. Лазери виробляють інтенсивне, однотонне, когерентне світло, що зробило їх незамінними в ряді областей. Вони використовуються в багатьох областях, таких як розважальна електроніка, оптичний зв'язок, спектроскопія, медичні технології та багато іншого. До винаходу лазера великою проблемою було створення когерентного світла. Т. Х. Майман домігся першої реалізації лазера з видимим світлом в 1960 р. Це був рубіновий лазер, який накачувався спалахом лампи. 1.1.2 Будова лазера Рисунок 1.1: Будова лазера 3
РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНІ ПРИНЦИПИ 22 1.5.3 Насичуваний поглинач Насичуваний поглинач є пасивним оптичним комутаційним інструментом і використовується для Q-перемикання в лазерних резонаторах. Він складається з матеріалу з коефіцієнтом поглинання, який залежить від інтенсивності падаючого світла. Для цього, напр. розчин барвника або напівпровідниковий пристрій. Як це працює: Зі збільшенням інверсії популяції в активному середовищі кількість фотонів також збільшується. Після досягнення певного порогу матеріал поглинача стає проникним для лазерного випромінювання, і лазер починає коливатися. Після значного зменшення інверсії поглинання знову збільшується через час розслаблення. Потім якість резонатора опускається нижче порога лазера. При максимальній інверсії повинна бути досягнута якнайкраща інтенсивність насичення. Цього можна досягти за допомогою концентрації розчину барвника. Результатом є короткі лазерні імпульси з великою потужністю.