LB-EDULS - учебная установка для визуализации принципа действия лазера

Учебная установка LB-EDULS предназначена для практического освоения принципов генерации лазерного излучения на примере твердотельного лазера с диодной накачкой. В отличие от традиционных учебных лазерных установок, где процессы накачки и генерации скрыты от наблюдателя, данная система выполнена в полностью видимом спектральном диапазоне: накачка осуществляется излучением синего диапазона (445 нм), а генерация происходит в красном диапазоне (640 нм). Это позволяет наблюдать весь путь лазерного излучения – от входа пучка накачки в кристалл до выхода сгенерированного излучения из резонатора – без использования специальных средств детектирования.

Принцип работы установки

В основе установки лежит классическая схема твердотельного лазера с диодной накачкой. Лазерный диод (445 нм) создаёт излучение накачки, которое с помощью системы линз (коллиматор f=50 мм и фокусирующая линза f=75 мм) фокусируется в активный элемент – кристалл. При поглощении энергии накачки в кристалле создаётся инверсия населённостей. Вынужденное излучение на длине волны 640 нм усиливается при прохождении через возбуждённый кристалл. При достижении пороговой мощности накачки возникает устойчивая лазерная генерация на длине волны 640 нм.

Оптическая схема лазерной установки

Все ключевые элементы лазера расположены открыто: излучение накачки (445 нм) видно при прохождении через линзы и попадании в кристалл; область генерации в кристалле даёт яркое свечение; генерируемое излучение (640 нм), выходящее из резонатора, хорошо различимо на белом экране. Это позволяет связать абстрактные понятия (инверсия, порог, резонатор, моды) с реальными визуальными эффектами.

Экспериментальные возможности системы

1. Измерение порога генерации и характеристик. Изменение тока накачки, регистрация мощности накачки и выходной мощности (640 нм). Построение кривой зависимости выходной мощности от мощности накачки, определение порога генерации и расчёт дифференциальной эффективности лазера.
2. Исследование устойчивости резонатора. Изменение расстояния между зеркалами резонатора (в пределах нескольких миллиметров от номинальной длины 40 мм) с контролем выходной мощности. Определение диапазона длин резонатора, в котором генерация устойчива.
3. Наблюдение и управление поперечными модами (TEM). С помощью прецизионных регулировок выходного зеркала (наклон по двум осям) можно последовательно получать основную моду TEM₀₀ (круглое пятно с гауссовым распределением) и высшие поперечные моды (TEM₀₁, TEM₁₀ и т.д.). На экране наблюдаются характерные многолепестковые картины, что позволяет наглядно изучить поперечную структуру электромагнитного поля в резонаторе.
4. Измерение параметров гауссова пучка. Измерение диаметра лазерного пучка на различных расстояниях от выходного зеркала. Определение положения перетяжки пучка, её диаметра и расходимости пучка в дальней зоне.
5. Полный цикл оптической юстировки лазера. Установка выполнена в открытом модульном виде: все оптические элементы (диод, линзы, кристалл, зеркала) установлены на регулируемые держатели. Возможна полная разборка и последующая юстировка лазера – от совмещения пучка накачки с оптической осью до настройки резонатора и получения TEM₀₀.