МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ЛЭТИ" КАФЕДРА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ Отчет по лабораторной работе № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ СВЕТОВОД Выполнил студент группы XXXX: Проверил: Санкт-Петербург 201X ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ СВЕТОВОД Гибкий диэлектрический волоконный световод представляет собой тонкую нить из оптически прозрачного материала, сердцевина к-рой радиуса a1 имеет показатель преломления n1, а оболочка с радиусом а2 имеет показатель преломления n2 <n1. В приближении геометрической оптики лучи, входящие в сердцевину под достаточно малыми углами к оси световода, испытывают полное внутреннее отражение на поверхности раздела сердцевины и оболочки и распространяются только по сердцевине. Характер распространения излучения зависит от его поперечных размеров и профиля показателя преломления по сечению. Часть излучения может теряться, попадая в «светоизолирующую» оболочку. Так как полное внутреннее отражение носит неидеальный характер, то часть потока будет теряться при многократных отражениях внутри световода. Кроме того, частично поток отражается от входного торца световода. Цель работы: исследовать прохождение лазерного излучения через многоволоконный световод, оптические потери в световоде, трансформацию распределения излучения в сечении лазерного пучка после световода. П1 Световод ИП1 П2 ИП1 ФП1 ИП1 Лазер ФП2 ИП1 ИП2 ИП1 ФП1 ИП1 ИП1 х ИП1 ДР ИП1 Рис.1. Блок-схема лабораторной установки. Входная мощность пучка: 𝑃вх = 0,417 о. е. Таблица 1. Зависимости от угла падения отраженной и выходной мощностей. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 𝜃, ° 11,2 11,3 12,3 13 14 15,5 17,6 𝑃отр , о. е. 6,3 2,5 1,7 0,7 0,6 0,6 0 0 𝑃вых , о. е. 27 Продолжение таблицы 1. 45 50 55 𝜃, ° 25,6 32 39,6 𝑃отр , о. е. 0 0 𝑃вых , о. е. 0 60 51,7 0 65 63,5 0 2 70 93 0 75 113 0 80 115 0 140 120 Pотр, о.е. 100 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 70 𝜃, ° Рис.2. Зависимость отраженной мощности от угла падения. 30 25 Pвых, о.е. 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 -5 𝜃, ° Рис.3. Зависимость выходной мощности от угла падения. 3 80 90 Пример расчёта коэффициента отражения для угла падения 25°: 𝜌= 𝑃отр 13 = = 31 𝑃вх 0,417 Таблица 2. Результат расчёта коэффициента отражения. 15 20 25 30 35 40 45 50 𝜃, ° 10 55 60 65 70 75 80 𝜌 0,027 0,027 0,029 0,031 0,034 0,037 0,042 0,06 0,08 0,09 0,12 0,15 0,22 0,27 0,28 0.300 0.250 𝜌 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 10 20 30 40 50 60 70 80 𝜃, ° Рис.4 График зависимости коэффициента отражения от угла падения. Пример расчёта коэффициента пропускания для угла падения 25°: 𝜏= 𝑃вых 0,6 = = 1,4 𝑃вх 0,417 Таблица 3. Результат расчёта коэффициента пропускания. 0 5 10 15 20 25 𝜃, ° 64,7 15,1 6,0 4,1 1,7 1,4 𝜏 4 30 1,4 35 0 40 0 70 60 50 40 𝜏 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 -10 60 70 80 90 𝜃, ° Рис.5 График зависимости коэффициента пропускания от угла падения. 1.2 1 I, о.е. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 x, см нормальное падение под углом Рис.6. Графики распределения интенсивности выходного пучка. 5 1.5 Рис.7. Распределение интенсивности входного пучка за дифракционной решеткой. Рис.8. Распределение интенсивности выходного пучка за дифракционной решеткой. 6 Выводы: в результате исследования прохождения лазерного излучения через многоволоконный регулярный световод, с помощью дифракционной решетки установлено, что излучение, падающее под углом, выходя из световода, не сохраняет когерентность. Это связано с тем, что при многократном внутреннем отражении лазерные лучи проходят до выхода из световода различные пути и теряют когерентность. Зависимость выходной мощности от угла падения убывает из-за того что, угол падения на стенки световода начинает превышать критический угол и отражения не происходит, соответственно луч не распространяется внутри световода, преломляясь, поглощается внешним покрытием. Распределение интенсивности для нормального падения входного луча представляет собой круг, а при наклонном падении – кольцо, из-за различной скорости распространения приосевых и периферийных пучков. 7