Комплект Fabry Perot с открытой рамой CA-1140 был разработан для демонстрации и исследования таких характеристик, как резонанс, свободный спектральный диапазон и тонкость резонатора. Различные типы резонаторов могут быть построены. Сканируя Фабри Перо, анализируется спектральная картина предоставленного двухмодового HeNe-лазера. В отличие от коммерческих сканирующих анализаторов Fabry Perot, эта система обеспечивает полное понимание всех компонентов и полностью настраивается. Универсальный контроллер позволяет настроить все необходимые функции пьезопереводчика. Для базового ознакомления с темами Fabry Perot доступна базовая версия (CA-1141).

Образовательные цели исследования

• Интерференция двух и более лазерных лучей
• Типы резонаторов
• Критерий устойчивости резонаторов
• Внешний резонатор в резонансе
• Сканирующий резонатор Фабри Перо с пьезопереводчиком
• Свободный спектральный диапазон резонатора Фабри Перо
• Ловкость резонатора Фабри Перо
• Спектральный анализ He-Ne-лазера.
• Перпендикулярно поляризованные лазерные моды

Режимы работы

Для демонстрации и исследования оптических резонаторов и их свойств был выбран этот полнофункциональный набор резонаторов Fabry Perot с открытой рамой, поскольку Fabry Perot является наиболее важным и наиболее применяемым из всех лазерных резонаторов.

Представлены свойства и характеристики, такие как резонанс, свободный спектральный диапазон и тонкость резонатора. Критерии различных типов резонаторов будут обсуждены и показаны в измерениях. Показано применение сканирующего интерферометра Фабри Перо в качестве анализатора спектра для света. С помощью предоставленного HeNe-лазера, работающего на двух продольных модах, его модовые спектры демонстрируются и измеряются.

Установка включает в себя набор из шести сменных резонаторных зеркал в регулировочных держателях. Одно зеркало установлено на пьезопереводчике и управляется контроллером напряжения для реализации функции сканирования. Оценены вариации зеркал резонатора и длины резонатора различных типов оптических резонаторов. В случае плоскопараллельного резонатора расширитель луча используется для увеличения диаметра лазерного луча. Для различия двух режимов лазера в комплект входит поляризационный фильтр в поворотном креплении. Универсальный контроллер позволяет устанавливать пьезо-напряжение, частоту, режим модуляции и смещение пьезо-транслятора.

Измеренные сигналы обнаруживаются с помощью PIN-фотодиода с электроникой усилителя. Резонансы передачи Фабри Перо показаны синхронно с пьезо-смещением на осциллографе (опционально доступно). Для базового ознакомления с темами Fabry Perot доступна базовая версия (CA-1141). Существующие комплекты HeNe Laser можно обновить с помощью комплектов расширения Fabry Perot (CA-1145 и CA-1146).

Настройка и компоненты

1 плоский рельс 1000 мм, усиленный по профилю устойчивости, со встроенной зубчатой рейкой, со шкалой

2 HeNe испытательный лазер в держателе на держателях с источником питания

3 Расширитель луча в держателе регулировки XY на держателе

4 расширителя пучка в держателе f = 40/150 мм

5 Держатель для регулировки лазерного зеркала на держателе с ручным линейным приводом и комплектом зеркал (R75, R100, плоскость)

6 Держатель для регулировки лазерного зеркала с пьезоприводом на держателе и комплектом зеркал (R75, R100, плоскость)

7 Piezo Control Electronics PTC 1000

8 Оптика формирования луча для лазерного луча в держателе на держателе

9 Фотодетектор в держателе на держателе

10 поляризатор во вращающемся креплении на держателе (не показан)

11 3 BNC-кабеля (не показаны)

12 Набор для чистки оптики (не показан)

13 Руководство пользователя (не показано)

Пожалуйста, обратите внимание:

Базовая версия Fabry Perot Resonator (CA-1141) содержит номера позиций 1, 2, 5 с ROC = только 75 мм зеркалом, 6 с ROC = 75 мм только зеркалом, 7, 9, 11, 12, 13.

Наборы для модернизации содержат те же компоненты, что и соответствующие им наборы Фабри Перо, за исключением пунктов 1, 2, 9, 12.

Измерения и обработка

Некоторые из возможных измерений представлены в следующем списке:

• Регулировка резонатора

Выравнивание зеркал резонатора и регулировка длины резонатора являются первыми задачами при настройке резонатора Фабри Перо. Итеративное усовершенствование резонатора, начиная с группы резонансных пиков до четкой картины резонансов, является задачей тонкой настройки системы.

• Свободный спектральный диапазон и модовое расстояние

Одним из характерных значений Фабри Перо является свободный спектральный диапазон, FSR. FSR - частотный интервал двух последовательных осевых мод резонатора. FSR резонатора может быть рассчитана с использованием длины резонатора. С помощью этого значения дисплей осциллографа можно откалибровать относительно МГц.

С помощью этой относительной калибровки модовое расстояние гелий-неонового лазера можно определить в мегагерцах.

• Тонкость

Другим важным значением для характеристики резонатора Фабри Перо является его тонкость. Тонкость характеризует подавление пропускной способности света между максимумами пропускания. Для определения Finesse резонатор Фабри Перо должен быть хорошо отрегулирован. На дисплее осциллографа можно рассчитать значения FSR и ширины пика на половине максимальной высоты, как показано на рисунке слева, и можно рассчитать тонкость резонатора Фабри Перо.

• Спектр мод

В системе используется двухрежимный HeNe-лазер. Две моды линейно поляризованы и остаются перпендикулярными друг другу. Во время прогрева лазера наблюдается переключение двух мод. Поскольку лазерная трубка меняет свои размеры при прогреве, длина резонатора HeNe благоприятствует той или иной моде в зависимости от температуры. Шаблон режима переключается, как показано на последовательности графиков осциллографа, показанной выше.

• Поведение поляризации (только полная версия)

При использовании поляризатора во вращающемся креплении (поз. 9) та или иная мода излучения лазера может подавляться при вращении поляризатора. Приведенная выше последовательность графиков осциллографа также соответствует поведению сигнала в зависимости от угла поворота поляризатора.

• Вариация зеркал резонатора (только полная версия)

Влияние на FSR

Целью расширенной версии экспериментального набора является оценка влияния на характеристики резонатора Фабри Перо для различных наборов зеркал резонатора.

С дополнительной парой вогнутых зеркал (ROC = 100 мм) определяется изменение отклика Фабри Перо. Используя эти зеркала и настраивая резонатор, можно использовать другую FSR. Рассмотрены отличия этого резонатора от резонатора длиной 75 мм.

Различные типы резонаторов

С вогнутыми зеркалами можно проверить другие сферические резонаторы, кроме конфокального резонатора (d = ROC), изменив расстояние до зеркала d (например, концентрический резонатор с d = 2 ROC). Как Изящество изменяется в этих случаях - тема оценки.

• Плоский зеркальный резонатор (только полная версия)

Сначала Fabry Perot устанавливается с двумя плоскими зеркалами и без дополнительного расширения луча. Опять же, резонатор должен быть отрегулирован, но теперь расстояние между двумя зеркалами сохраняется произвольно. Регулировка в этом случае намного более критична, чем у сферического резонатора. FSR и Finesse также определяются как функция длины резонатора.

На следующем этапе диаметр лазерного луча должен быть увеличен с помощью предоставленной оптики расширителя луча. Настройка резонатора Фабри Перо теперь не так сложна. FSR и Finesse измеряются. Предполагая, что резонатор хорошо отрегулирован, тонкость больше, чем в случае без расширения луча.