Серия лабораторных экспериментов «Основы лазерной физики»

Комплекс ориентирован на изучение базовых принципов и ключевых понятий курса «Лазерная физика». Цель — сформировать у обучающихся целостное понимание теоретических основ и углублённое представление о процессе генерации лазерного излучения. В зависимости от тематики и содержания учебной программы возможен выбор отдельных экспериментов. Также допускается подбор измерительных и вспомогательных приборов под задачи конкретной лабораторной работы и последующую углублённую проработку (расширение функциональности).

Лабораторные работы

1. Спонтанное и вынужденное излучение
   1. Измерение спектра люминесценции и лазерного спектра He–Ne-лазера
   2. Определение переходов между энергетическими уровнями при спонтанном и вынужденном излучении и др.
2. Измерение спектров поглощения и излучения
   1. Раздельное измерение спектров поглощения и излучения для Nd:YAG, Yb:YAG и чистого YAG
   2. Определение соответствующих энергетических переходов Nd³⁺ по спектрам излучения и поглощения
   3. Изучение роли матрицы YAG и др.
3. Измерение времени жизни люминесценции активной среды
   1. Освоение методики измерения времени жизни люминесценции активной среды лазера
   2. Измерение времени жизни люминесценции Nd:YAG и др.
4. Оптический резонатор (резонаторная полость)
   1. Проектирование и расчёт резонатора в MATLAB; моделирование области устойчивости при различных длинах резонатора для заданных параметров линзы
   2. Настройка резонатора по результатам моделирования и измерение выходных характеристик лазера и др.
5. Измерение основных характеристик и параметров лазера
   1. Измерение диаметра пучка и угла расходимости
   2. Измерение длины волны и спектральной ширины (линии)
   3. Измерение мощности лазерного излучения и энергии импульса и др.
6. Распространение гауссова пучка и измерения
   1. Изучение понятия коэффициента качества пучка (M²)
   2. Планирование экспериментальных параметров на основе M²
   3. Измерение M² методом «острой кромки» (knife-edge) и др.
7. Измерение гауссова пучка и преобразование линзой
   1. Регистрация поперечных мод He–Ne-лазера с использованием CCD-камеры
   2. Наблюдение изменения поперечной моды после прохождения пучка через линзу
   3. Расчёт матрицы преобразования линзы и др.
8. Наблюдение и селекция поперечных мод лазера
   1. Наблюдение поперечных мод
   2. Селекция (выбор) поперечных мод и др.
9. Наблюдение и селекция продольных мод лазера
   1. Измерение продольных мод с использованием сканирующего интерферометра Фабри—Перо (F-P)
   2. Эксперимент по селекции продольных мод и др.
10. Настройка Nd:YAG-лазера и выбор коэффициента пропускания выходного зеркала
    1. Настройка диодно-накачиваемого Nd:YAG-лазера
    2. Замена выходных зеркал с различным пропусканием и исследование зависимости (закономерности) изменения эффективности преобразования и др.
11. Комплексный эксперимент по изучению твердотельного лазера с диодной накачкой
    1. Измерение времени жизни люминесценции для различных твердотельных лазерных материалов
    2. Измерение времени жизни люминесценции для одного и того же материала при различных концентрациях легирующих ионов и др.
12. Эксперименты по принципам и технологии диодных лазеров
    1. Измерение выходных характеристик диодного лазера
    2. Определение порога генерации и исследование эффективности преобразования «мощность—мощность»
    3. Измерение центральной длины волны и спектральной ширины диодного лазера
13. Практическая подготовка (тренинги навыков)
    1. Отработка технологического процесса изготовления лазера
    2. Отработка навыков лазерной маркировки
    3. Экспериментальная система CAD/моделирования лазера в реальном времени и др.