Определение аппаратной функции спектрального прибора

В идеальном приборе сигнал от каждой монохроматической спектральной компоненты имеет вид дельта-функции. На практике всегда действуют факторы, приводящие к уширению наблюдаемых спектральных линий. К их числу можно отнести неточность фокусировки из-за погрешности при сборке прибора, аберрации оптики, конечный размер щелей .Теоретически уширение линий можно описать с помощью аппаратной функции для монохроматического сигнала и бесконечноузких щелей . На практике для определения аппаратной функции производят измерение профиля спектральной функции квазимонохроматического источника в плоскости выходной щели при минимальном размере входной щели. Используемый в работе лазер ,работающий в режиме генерации одной продольной и основной поперечной моды ( т.н. одночастотный режим) и имеющий исключительно малый размер излучающей области идеально подходит для таких измерений. Если ширина выходной щели существенно превышает величину, определяемую аппаратной функцией, наблюдаемая величина ширины спектральной линии практически линейно зависит от раскрыва щели. При этом значение сигнала в максимуме не зависит от ширины щели. В противном случае, когда ширина выходной щели меньше значения, даваемого аппаратным уширением, величина сигнала в максимуме падает с уменьшением размера , а форма линии перестает зависить от ширины щели. В этом случае профиль линии дает вид аппаратной функции. Ширина линии, измеренная по половинному уровню от максимального значения, определяет ширину аппаратной функции и, соответственно, минимальное расстояние между спектральными линиями, которое может быть зарегистрировано с помощью данного прибора.

Порядок выполнения измерений.

Включить все приборы, показанные на рис. 2.3, кроме блока регулировки температуры.

Вращая барабан перестройки длины волны, добиться максимального сигнала , регистрируемого микровольтметром , что соответствует настройке монохроматора на центр линии излучения лазера.

Провести экспериментальное определение зависимости ширины измеренной спектральной линии при изменении ширины выходной щели в диапазоне 0,1мм-4мм. Ширину щели меняют вращением барабана, один оборот которого соответствует изменению ширины выходной щели на 1мм. При каждом значении ширины щели фиксируются два положения барабана перестройки длины волны, при которых значение регистрируемого сигнала падает в два раза по сравнению с максимальным.

Построить соответствующий график, из которого определить аппаратную функцию прибора.

Исследование зависимости длины волны генерации от

Температуры лазера.

Для проведения исследования влияния температуры на спектральные характеристики излучения корпус лазерного диода установлен в термостат. Управление величиной тока, определяющего температуру термостата, осуществляется блоком управления температурой ( см. рис.2.3). Изменять температуру можно путем поворота движка переменного сопротивления. Диапазон изменения температуры составляет примерно 20⁰ С (К). Для индикации температуры используется датчик, сигнал которого,измеряемый вольтметром, пропорционален температуре в градусах шкалы Кельвина. К примеру, при температуре 273К показания вольтметра равны 2,73 В.

Порядок выполнения измерений

1. Включить все приборы, показанные на рис. 2.3.

2. Установить значение ширины выходной щели 0,2 мм.

3. Задать значение температуры термостата, соответствующее нижнему пределу.

Настроить барабан длин волн на центр линии излучения лазера.

Повторить измерения, изменяя температуру термостата для пяти значений в пределах области перестройки.

Построить график зависимости длины волны генерации полупроводникового лазера от температуры.

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Формулировка цели работы.

2. Схемы экспериментальных установок.

3. Результаты измерений в виде графиков

4. Объяснение всех полученных зависимостей.

5. Выводы (свойства полупроводникового лазера в сравне­нии с другими типами лазеров, возможное применение в науке, технике, народном хозяйстве).

Вопросы для самопроверки

Способы получения инверсной населенности в полупро­водниках.

Основные характеристики выходного излучения полупроводникового ОКГ (зависимость мощности излучения от тока накачки, диаграмма направленности, спектральный состав излучения, коэффициент по­лезного действия).

Методика снятия спектра излучения полупроводнико­вого ОКГ (устройство спектрометра, его разрешающая способность).

Применение полупроводниковых ОКГ.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Основы квантовой электроники. Изд.ТЕХНОСФЕРА, 2006- 432с.

2. Ищенко Е. Ф., Климков Ю. М. Оптические квантовые генера­торы.—М.: Сов. радио, 1968.—315 с.

3. Базаров В. К. Полупроводниковые лазеры и их применение. — М.: Энергия, 1969.—112 с.

4. Зайдель А. Н, Островская Г. В., Островская Ю. И. Техника и практика спектроскопии, — М.: Наука, 1972.—392 с.