МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ЛЭТИ"

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