Экспериментальная установка для выполнения работы, принципиальная блок-схема которой приведена на рис.1-5, состоит из узла источника излучения с полупроводниковым лазером (ПЛ), узла приемника излучения, включающего фотоприемник (ФП), поляризационного светофильтра (ПС) и измерительных приборов (мультиметры – М1 и М2).
Установка смонтирована на оптическом рельсе. Каждый узел (узел источника излучения и узел приемника излучения) установлен в стойке и закреплен на рейтере. Узлы расположены на оптическом рельсе, который определяет оптическую ось системы. Поляризационный светофильтр может быть отдельным элементом на рельсе (узел ПС - светофильтр в специальной оправе установлен на отдельном рейтере) или совмещен с узлом приемника излучения (светофильтр смонтирован в форме насадки на входное окно фотоприемника). В качестве измерительных приборов используются мультиметры, с помощью которых в работе производится измерение напряжения (U), тока (I) и сопротивления (R). Измерение интенсивности излучения в данной работе производится в условных единицах, в качестве которых используются единицы измерения тока (А – ампер).
 |
Рис. 1-5. Блок-схема экспериментальной установки: ПЛ - полупроводниковый лазер, ПС – поляризационный светофильтр, ФП - фотоприемник, М1 и М2 - измерительные приборы (мультиметры).
Узел источника излучения, представляет собой полупроводниковый лазерный модуль, подключенный к источнику электропитания. Принципиальная электрическая схема установки для исследования излучения полупроводникового лазера представлена на рис.1-6. Лазер включается тумблером Т. Напряжение от источника питания (лабораторная сеть электропитания 4,5 В или батарея аккумуляторов 4,8 В) через сопротивления R1 и RП подается на лазерный модуль, при этом через p-n переход начинает протекать ток Ipn., регулировка которого осуществляется потенциометром RП.
Рис. 1-6. Электрическая схема установки для исследования зависимости интенсивности излучения полупроводникового лазера от величины тока, протекающего через p-n переход: ПЛ – полупроводниковый лазер, ФП – фотоприёмник, ИП – источник питания постоянного тока 4,5В, R1 – постоянное сопротивление, Rп - переменное сопротивление, Т – тумблер для включения и выключения питания лазера, V – вольтметр (мультиметр), А – амперметр (мультиметр).
Величина тока протекающего через p-n переход измеряется косвенным образом: вольтметром V1 (шкала V на мультиметре М1) измеряется падение напряжения на резисторе R1 (UПЛ), через который протекает ток p-n перехода (Ipn). а значение Ipn вычисляется по закону Ома. Регулировка Ipn производится потенциометром RП (переменное сопротивление). Узел фотоприемника снабжен фотодиодом ФД-24К, который работает в фотогальваническом режиме. Под воздействием светового потока, падающего на входное окно фотоприемника, возникает фотоэдс, и в замкнутой цепи течет ток, величина которого измеряется мультиметром М2 по шкале тока (IФП). В данных условиях эксперимента величина IФП прямо пропорциональна интенсивности лазерного излучения. Типичная зависимость интенсивности лазерного излучения от величины тока, протекающего через p-n переход, приведена на рис. 1-7.
Рис. 1-7. Зависимость интенсивности излучения лазера от тока, протекающего через p-n переход. Iпор. – величина порогового тока.
Одной из важнейших характеристик лазера являются поляризационные свойства его излучения, которые в полупроводниковых источниках излучения тесно связаны с величиной тока, протекающего через p-n переход. Как известно из литературных данных излучение полупроводниковых источников представляет собой частично поляризованный свет, который можно представить (по крайней мере формально) как совокупность естественного и линейно поляризованного. Таким образом, можно считать, что исследуемое в работе излучение содержит две основные компоненты, одна из которых полностью линейно поляризована, а вторая - неполяризована и не имеет постоянного соотношения фаз с линейно поляризованной компонентой. В этом случае степень поляризации излучения можно определить как: Р = Iлин / Iполн., где Iлин - интенсивность линейно поляризованной компоненты излучения, Iполн. - полная интенсивность частично поляризованного излучения.
При исследовании поляризационных свойств излучения используется поляризационный светофильтр (ПС), который представляет собой анализатор поляризационных компонент излучения. При повороте ПС вокруг оптической оси происходит изменение интенсивности излучения, прошедшего ПС, которое регистрирует прибор М2. При этом степень поляризации излучения можно определить по формуле
P = (Iмах - Iмin) / Iмах,
где Iмах и Iмin соответствуют максимальному и минимальному значению интенсивности излучения, прошедшего ПС, при повороте ПС вокруг оптической оси.
В этом случае (Iмах - Iмin) определяет интенсивность линейно поляризованной компоненты излучения, Iмin - интенсивность неполяризованной компоненты (ее интенсивность не изменяется при повороте ПС относительно оптической оси), а Iмах – полную интенсивность излучения, прошедшего поляризационный светофильтр.