Спектроскопический эксперимент на синхротронном излучении

Лабораторная работ посвящена ознакомлению со спецификой применения синхротронного излучения в спектроскопическом эксперименте в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра, 2000 А – 400 А.

Канал вывода синхротронного излучения, монохроматор и камера образца функционируют в условиях высокого безмасляного вакуума. Работа экспериментальной установки автоматизирована и управляется дистанционно из пультовой синхронно с циклической работой источника синхротронного излучения.

Полученные экспериментальные данные спектра отражения широкозонного диэлектрического кристалла в области прозрачности и фундаментального поглощения проходят как первичную обработку: вычитание фона, нормировку, преобразование масштаба сканирования в длину волны света и энергию фотонов, так и окончательную: построение и распечатку спектра отражения с помощью программы ORIGIN.

Раздел IV. Практикум по нелинейной оптике для студентов 4-го курса

Нелинейные оптические эффекты

В лабораторной работе изучаются основные закономерности двух нелинейных оптических эффектов: генерации второй гармоники и вынужденного комбинационного рассеяния света.

Первое занятие посвящено изучению генерации второй гармоники излучения неодимового лазера (? = 1060 нм) в кристалле дигидрофосфата калия (KDP). Измеряется зависимость выходной мощности на удвоенной частоте от направления распространения основного излучения в кристалле (кривая синхронизма), определяется коэффициент преобразования во вторую гармонику, рассчитывается теоретическое значение коэффициента преобразования, соответствующее измеренной мощности накачки. Для регистрации энергетических и временных характеристик оптических импульсов используются скоростные фотоэлементы и запоминающие осциллографы.

На втором занятии изучается возбуждение вынужденного комбинационного рассеяния в жидком азоте. В качестве накачки используется излучение второй гармоники (= 530 нм). В ходе эксперимента измеряется порог возбуждения первой стоксовой компоненты (= 604 нм), фотографируются спектры накачки и рассеянного излучения, измеряется коэффициент преобразования возбуждающего излучения в стоксову компоненту. По результатам измерений рассчитывается удельный коэффициент усиления ВКР, определяется частота молекулярных колебаний. Регистрация спектров осуществляется с помощью дифракционного спектрографа PGS-2.

Содержащийся в описании лабораторной работы теоретический анализ нелинейных оптических эффектов проведен на базе классической теории взаимодействия излучения с материальной средой.

Обращение волнового фронта оптического излучения

Лабораторная работа имеет целью ознакомление с явлением обращения волнового фронта (ОВФ) оптического излучения. Изучение явления обращения проводится на примере ОВФ при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ).

Экспериментальная часть лабораторной работы включает в себя как изучение основных свойств явления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (направление рассеяния, величину частотного сдвига, интенсивность рассеянного пучка), так и исследование обращения волнового фронта при ВРМБ.

Регистрация возбуждения ВРМБ производится с помощью интерферометра Фабри-Перо, измерение энергетических и временных характеристик оптических импульсов - с помощью скоростных фотоэлементов и запоминающих осциллографов. Расходимость возбуждающего и рассеянного пучков измеряется по размерам поперечного сечения в фокусе объектива. Эти измерения проводятся при различной степени искажений исходного возбуждающего пучка, вносимых с помощью фазовых пластинок. Сравнением измеренных значений расходимости подтверждается обращенный характер волнового фронта рассеянного излучения и возможность компенсации фазовых искажений при помощи ОВФ-зеркала.

Теоретическое описание лабораторной работы содержит общие сведения о явлении обращения волнового фронта, а также о возможных способах его реализации. Рассмотрение ВРМБ проведено на основе классических представлений о резонансной “раскачке” волны давления в среде возбуждающей и стоксовой световыми волнами. Показано, что дискриминация коэффициента усиления необращенных конфигураций рассеянного пучка приводит к преобладанию в нем обращенной конфигурации. Обсуждены возможные приложения эффекта ОВФ.

Раздел V. Практикум по квантовой электронике и волоконной оптике

Гелий-неоновый лазер

В лабораторной работе изучаются принцип действия и конструктивные особенности гелий-неонового лазера. В методическом описании лабораторной работы приведены общие принципы получения лазерной генерации, а также особенности создания инверсной населенности в газовом разряде смеси гелия и неона. Рассмотрены оптические резонаторы, потери в резонаторах, условия, необходимые и достаточные для возникновения лазерной генерации. Рассмотрены виды уширения линии рабочего перехода, насыщение коэффициента усиления.

В экспериментальной части работы исследуются пространственные и поляризационные характеристики излучения, а также спектр генерации путем наблюдения радиочастотного биения между продольными и поперечными модами.

Выполнение работы позволяет приобрести навыки работы с лазером, фотоприемником, интерферометром Фабри-Перо, анализатором спектра