Порядок выполнения работы

1. При необходимости установите поляризатор в юстировочное устройство лазерного диода (рис. 14).

2. Установите органы управления БПИ в следующее положение:

· ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ (рис.2) в крайнее положение против часовой стрелки;

· кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 50 мА;

· проверьте и при необходимости установите подключение соединительного шнура полупроводникового лазера с разъемом «оптический выход» на лицевой панели «блока питания излучателя». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ;

· включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка;

· вращая ручку потенциометра регулировки тока накачки по часовой стрелке, установите его значение равным 10 mA. При этом возникает генерация оптического излучения лазерным диодом.

3. Установите органы управления блока «Фотоприемник» в следующее положение:

· кнопочный переключатель «Чувствительность» в положение 1 (минимальная чувствительность);

· проверьте и при необходимости установите подключение соединительного шнура фотодиода с разъемом «оптический вход» на лицевой панели «фотоприемника». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ;

·  включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.

4. Проведите измерение коэффициента поляризации источника света. Для этого выполните следующие операции.

4.1.Поверните юстировочное устройство с фотодиодом вокруг оси предметного столика так, чтобы луч от лазера попадал на него. Используя регулировочные винты с помощью которых меняется угловое положение лазера и фотодиода добейтесь максимальных показаний цифрового индикатора «оптическая мощность» на лицевой панели фотоприемника. Регулировку высоты лазера и фотодиода с помощью винтов 7 на рис. 15 следует производить только в крайнем случае по указанию преподавателя.

4.2.Поворачивая поляризатор на торце лазерного диода вокруг его оси, установить его в положение, соответствующее максимальным показаниям на цифровом индикаторе «оптическая мощность» на лицевой панели фотоприемника.

4.3.По шкале на внутренней поверхности большего цилиндра поляризатора (12 на рис. 14) зафиксировать значение угла f_max и соответствующее этому углу показание Р_max цифрового индикатора «оптическая мощность» на лицевой панели фотоприемника. Занести эти значения в таблицу 1.

4.4.Поворачивая поляризатор на торце лазера вокруг его оси, снять зависимость оптической мощности (в относительных единицах) от угла поворота поляризатора. Данные измерений занести в табл. 1.

 

Таблица 1. Измерение коэффициента поляризации источника

 

f (град.)	fmax
Р (относ. ед)	Рmax

Угол f менять от f_max до f_max +360⁰. При этом оптическая мощность обязательно достигнет максимального и минимального значения (Р_мак и Р_мin). Необходимо точно отметить эти значения, необходимые для вычисления коэффициента поляризации.

4.5.Вычислить коэффициент поляризации по формуле:

              к = (Р_мак - Р_мin) / (Р_мак + Р_мin). 

и построить график зависимости оптической мощности в относительных единицах от угла поворота поляризатора.

5.Установите призму в положение, соответствующее нормальному углу падения луча лазера на ее боковую грань. В дальнейших экспериментах этот угол принимается за нулевой отсчет. Для этого выполните следующие операции.

5.1.Вращая винты 24 и предметный стол 2 (рис. 12, 13), установите по  соответствующим шкалам отсчет 0 градусов, 0 минут.

5.2.Установите на поворотный столик призму. При этом образуются лучи, схема прохождения которых показана на рис. 16:

Рис. 16

-падающий 1;

-отраженный от передней грани 2;

-отраженный от основания 3;

-преломленный основанием 4.

 

5.3.Отметьте положение луча 2, отраженного от передней грани и, вращая призму вокруг оси, совместите его след с отверстием диафрагмы поляризатора. Более точное совмещение осуществляется с помощью двух регулировочных винтов юстировочного устройства, которые меняют его угловое положение. При необходимости повторите все регулировки до тех пор, пока не будет обеспечена равномерная и одинаковая засветка отверстия диафрагмы отраженным от боковой грани лучом лазера. Таким образом призма установлена в положение, соответствующее нормальному углу падения луча лазера на ее боковую грань. При выполнении дальнейших операций ее положение относительно предметного столика не должно изменяться.

6. Определите значение угла Брюстера. Для параллельной поляризации, как указано в теоретическом разделе данного описания, наблюдается эффект полного прохождения через границу раздела при падении волны под углом Брюстера Q_Бр. В эксперименте должно наблюдаться отсутствие отраженной от основания волны 3 (рис. 16). Для определения угла Брюстера выполните следующие операции.

6.1.Снимите поляризатор с торца оправки лазерного диода (рис. 14).

6.2.Вращая ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели «Блока питания излучателя» по часовой стрелке, установите его значение равным 40 mA. При этом поляризация излучения лазерного диода близка к линейной, а мощность излучения – к максимально возможной.

6.3.Лазерный диод установлен в капролоновой оправке (13 на рис. 14). На ее торце имеется резьба, по которой оправка ввинчивается в кольцо 3 юститровочного устройства. Вращение оправки 13 вокруг горизонтальной оси меняет направление поляризации лазерного диода. Изначально поляризация оптической волны произвольна и не соответствует требуемой. Вручную, не используя два микрометрических винта, вращайте предметный столик с установленной на него призмой вокруг вертикальной оси. При этом изменяется угол падения лазерного луча, как на ее боковую грань, так и на основание. Меняется и направление распространения отраженной и преломленной волн (3 и 4 на рис. 16).

6.4.При изменении угла поворота призмы найдите на экране, расположенном за призмой, следы отраженного от основания и прошедшего лучей. Конструкция установки позволяет наблюдать их визуально.

6.5.Вращая предметный столик с призмой необходимо установить его в положение, соответствующее минимальной интенсивности отраженного луча – его след на экране имеет минимальную яркость.

6.6.Отметив по шкале предметного столика примерное значение угла поворота далее следует вращать оправку лазерного диода вокруг горизонтальной оси в небольших пределах, так, чтобы яркость отраженного луча уменьшалась. При этом яркость прошедшего сквозь границу раздела луча практически остается неизменной.

6.7.Попеременно вращая предметный столик и оправку с лазерным диодом, методом последовательных приближений добейтесь минимальной яркости отраженного луча. При этом о правильности проводимых регулировок свидетельствует возрастание яркости следа отраженного луча при изменении угла падения, как в сторону его увеличения, так и в сторону уменьшения.

6.8. Для более точной установки поляризации падающей волны необходимо использовать фотоприемник. Поверните предметный столик с призмой так, чтобы яркость следа отраженного от границы раздела луча была бы заметна визуально.

6.9.Установите юстировочное устройство с фотодиодом в положение, позволяющее фиксировать интенсивность луча, отраженного от основания. При необходимости проведите юстировку положения фотоприемника, добиваясь при каждом фиксированном положении призмы максимальных показаний на цифровом индикаторе «оптическая мощность» на лицевой панели фотоприемника. При необходимости используйте переключатель чувствительности фотоприемника.

6.10.Установите предметный столик так, чтобы при совпадении одного из делений его угловой шкалы с отсчетным визиром фотоприемник фиксировал отличное от минимальной значение интенсивности отраженной волны.

6.11.Поворачивая предметный столик с призмой с помощью микрометрических винтов добейтесь минимальных показаний прибора, измеряющего оптическую мощность. В этом положении попутайтесь дополнительно уменьшить показания стрелочного прибора за счет вращения вокруг своей оси оправки с лазерным диодом.

6.12.После выполнения всех операций зафиксируйте значение угла поворота призмы. Они и определяет угол Брюстера. Положение оправки с лазерным диодом соответствует параллельной поляризации падающей волны.

7. Исследуйте зависимость коэффициента отражения и пропускания от угла падения на границу раздела «основание призмы – воздух» для параллельной поляризации. Для этого выполните следующие операции.

7.1.Установите поляризатор на торец оправки лазерного диода (рис. 14).

7.2.Установите предметный столик в положение, соответствующее нормальному падению луча на переднюю боковую грань призмы. При этом отсчет угла должен соответствовать 0 градусов по шкале предметного столика и 0 минут по шкалам микрометрических винтов. При необходимости повторите установку нулевого отсчета в соответствии с пунктом 4.

7.3.Установите юстировочное устройство с фотодиодом в положение, позволяющее фиксировать интенсивность луча, отраженного от основания. При необходимости проведите юстировку положения фотоприемника, добиваясь максимальных показаний на цифровом индикаторе «оптическая мощность» на лицевой панели фотоприемника. При необходимости используйте переключатель чувствительности фотоприемника.

7.4.Вращая поляризатор вокруг горизонтальной оси, установите его в положение, соответствующее максимальным показаниям на цифровом табло индикатора «оптическая мощность» на лицевой панели фотоприемника.

7.5. По шкале на внутренней поверхности большего цилиндра поляризатора (12 на рис. 1.14) зафиксируйте значение угла его повороота f₀.

7.6.Изменяйте угловое положение предметного стола с призмой. Вращение осуществляйте с помощью винтов 24 (рис. 12, 13).

7.7.При каждом фиксированном положении предметного столика установите юстировочное устройство с фотодиодом в положение, позволяющее фиксировать интенсивность луча, отраженного от основания (луч 3 на рис. 16). При необходимости проведите юстировку положения фотоприемника, добиваясь при каждом фиксированном положении призмы максимальных показаний цифорового индикатора «оптическая мощность» на лицевой панели фотоприемника. При необходимости используйте переключатель чувствительности фотоприемника. Зафиксируйте текущее значение угла поворота призмы и величину интенсивности отраженного луча в таблице 2.

7.8.Установите юстировочное устройство с фотодиодом в положение, позволяющее фиксировать интенсивность луча, прошедшего через границу раздела «основание призмы – воздух» (преломленный луч 4 на рис. 16) и повторив действия пункта 7.7. зафиксируйте величину интенсивности прошедшего луча в табл.2.

7.9. Изменяя угол падения луча на переднюю грань призмы с шагом указанным преподавателем, снимите зависимость интенсивности преломленного и прошедшего лучей от угла поворота призмы. Измерения проводите увеличивая угол до значения угла полного внутреннего отражения f_пво + 5 градусов. Данные измерений занесите в таблицу 2.