Далее: 4.  Порядок включения лазера Вверх: Методические указания Назад: 2.  Экспериментальная установка

3.  Метод измерения коэффициента
усиления

Коэффициент усиления активной среды показывает во сколько раз интенсивность проходящего луча $I_2$ при включенном $\text{Л}_2$, больше, чем интенсивность проходящего луча $I_1$ при выключенном $\text{Л}_2$ (равна интенсивности отраженного луча), т.е $K={I_2\over I_1}$. Потери на входном и выходном окнах не учитываем. (Обычно несколько %.)

Световая волна (луч лазера) на входе и на выходе активного элемента регистрируются в работе при помощи фотодиодов $\text{ФД}_1$ и $\text{ФД}_2$. Токи в фотодиодах $\text{ФД}_1$ и $\text{ФД}_2$ можно определить соответственно как $J_1=S_1I_1$ и $J_2=S_2I_2$, где $S_1$ и $S_2$ -- коэффициенты светочувствительности фотодиодов. В нашей установке используются одинаковые диоды, поэтому $S_1=S_2=S$.

Заменяя интенсивности лучей на фототоки, можно записать

$$K={J_2\over J_1}\,.$$

При однократном прохождении световой волны через активный элемент небольшой длины она усиливается незначительно и поэтому $J_2$ очень немного отличается от $J_1$, в то время как по абсолютной величине ток в каждом фотодиоде довольно велик (несколько миллиампер). Чтобы точнее определить разность токов $\Delta J=\mid J_2-J_1\mid$ в данной установке применяется компенсационный метод измерения. Для этого фотодиоды подключаются встречно к цифровому микроамперметру (рис.2.1). Луч лазера $\text{Л}_1$ делится светоделительной пластиной. Отраженный луч попадает на фотодиод $\text{ФД}_2$, а прходящий через поляроид и активную среду на $\text{ФД}_1$. $\text{ФД}_1$ создает ток $J_1$, а $\text{ФД}_2$ - $J_2$. Если схема будет сбалансирована (ток $J_2=J_1$) микроамперметр покажет ноль. При малом изменении одного из токов микроамперметр зафиксирует его.

При прохождении луча лазера через активную среду $J_2$ становится больше $J_1$ и следовательно

$$K={J_2\over J_1}>1\,,$$

при этом $J_2=J_1+\mid J_2-J_1\mid$, следовательно

$$K={J_1+\mid J_2-J_1\mid\over J_1}\,,$$

или окончательно

$$K=1+{\Delta J\over J_1}\,.$$

При определении коэффициента $K$ таким образом следует учесть, что на величину $\Delta J$ довольно сильно влияет ток возникающий в фотодиоде $\text{ФД}_2$ за счет засветки от светящейся трубки усилителя $\text{Л}_2$. Этот ток следует измерить и учесть в формуле для вычисления коэффициента усиления.

Обозначим ток засветки $J_o$, тогда окончательно рабочая формула примет вид

$$K=1+{\Delta J-J_o \over J_1}\,.$$ (1)

Таким образом, в рабочую формулу для определения коэффициента усиления вошли только измеряемые на практике величины.

Далее: 4.  Порядок включения лазера Вверх: Методические указания Назад: 2.  Экспериментальная установка