Plaquette détaillée TP LASER

TP "REGLAGE ET ETUDE D’UNE CAVITE LASER HE--NE"
Thèmes abordés
Matériels nécessaires
Réglage et alignement d’une cavité Laser via un miroir externe.
externe
Méthode d’autocollimation, cavité résonnante, effet Laser.
Laser Etude des
conditions de stabilité de la cavité. Mesure de la puissance d’émission.
d’émission
Etude des propriétés géométriques : profil spatial,
patial, faisceau gaussien,
col-waist, l ongueur de Rayleigh (Zr), divergence.
divergence Focalisation du
faisceau laser par une lentille. Etude des spectres du gaz Hélium-Néon
Hélium
et du rayonnement Laser, monochromaticité, luminescence.
luminescence Etude de la
polarisation, mesure du
taux de polarisation.
polarisation Observation des
différents modes transverses
Option : Etude des battements, modes longitudinaux, calcul précis de la
longueur de la cavité
Banc prismatique de précision avec pieds, 2m
Cavalier standard pour banc prismatique
Cavalier long pour banc prismatique
Cavalier à réglage latéral X de +/--30 mm
Cavalier à réglage latéral X de +/--30 mm et Z de 40 mm
Tube à plasma He-Ne 3,5 mw – polarisé
Support Tube Laser en Vé
Alimentation de laboratoire pour tube Laser
Miroir de sortie semi-réfléchissant
réfléchissant (f=45 cm)
Monture de miroir avec 2 vis de réglage fin
Polariseur de précision en verre avec monture rotative
rota
Ecran percé
Lentille dia. 40, traîtée antireflet, biconvexe, F=+150mm
Porte composant diamètre 40 mm
Mesureur de puissance portable
Détecteur luxmètre sur tige
Spectrovio, spectromètre, logiciel et fibre optique
Webcam 640 x 480 pixels (High Speed USB)
Fascicule de cours
Texte de TP (étudiant)
Notice de résultats et commentaires (enseignant)
Principes et objectifs
Le Kit utilisé se compose d’un tube remplit d’un gaz He-Ne.
He
Un miroir
fixe, de rayon de courbure R1 = 60 cm et de réflectivité ≈ 99,99 %, se
trouve à l’intérieur de ce tube. A l’opposé de ce miroir, une fenêtre
fenêtr de
Brewster permet de polariser le faisceau de sortie. Pour fermer la cavité
Laser, un deuxième miroir (externe) est utilisé. Son diamètre est de7,75
mm, son rayon de courbure est R2 = 45 cm et sa réflectivité proche de
99 %. L’horizontalité et la verticalité de ce miroir peuvent être réglées
par le biais de 2 vis micrométriques.
Les expériences à réaliser sont les suivantes :
•Expérience
Expérience 1. Mise au point de la cavité pour l'obtention de l'effet
laser
•Expérience 2. Etude des conditions de stabilité de la cavité
•Expérience 3. Etude des modes transverses
•Expérience
Expérience 4. Etude de la divergence du faisceau laser
•Expérience 5. Focalisation par une lentille et étude des propriétés
géométriques du faisceau
•Expérience 6.. Etude de la polarisation du faisceau laser
•Expérience 7.. Etude des spectres du gaz hélium-néon
hélium
et du
rayonnement laser
Possibilité d’extension : Modulation,
ion, Q-Switch
Q
avec cellule de Pockels
ou acousto-optique
optique intra ou extra cavité (nous consulter)
•Autre expérience possible (sous réserve de disposer d’un analyseur de
spectre) : Etude des modes longitudinaux
Photo1 : Montage expérimental du TP Laser He-Ne – Observation des modes transverses par une Webcam
03 82 20 81 07
[email protected]
1
3
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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1
1
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Théorie et résultats
Miroir M2
0,8
Etude des conditions de stabilité de la cavité
Cette étude consiste à déplacer le miroir M2 tout en optimisant pour
chaque position l'intensité émise par le laser (cf. figure 1).
0,7
2
Diamètre du faisceau à 1/e (mm)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
-0,7
-0,8
0
10
20
30
40
50
60
Position z (cm)
Fig. 1 : Etude des conditions de stabilité de la cavité
Fig. 3 : Mesure de la divergence du faisceau (env. 1 mrad)
Etude des propriétés géométriques après traversée d’une
d
lentille
0,40
Lentille (f = 250 mm)
0,35
2
Diamètre du faisceau à 1/e (mm)
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
Col - Pincement
Waist
0,05
0,00
-0,05
-0,10
-0,15
-0,20
-0,25
-0,30
-0,35
-0,40
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
Position z (cm)
Fig. 4 : Caractérisation du faisceau en sortie de lentille
Etude des modes spatiaux transverses
Cette étude consiste à observer à l'aide de la Webcam et du Logiciel
Profilas les différents modes spatiaux transverses du faisceau Laser.
L
Le polariseur P1 (cf. photo 1) permet d'atténuer
nuer l'intensité lumineuse
pour éviter la saturation de l'image de la caméra.. On
O pourra également
jouer sur les réglages de la caméra. Le miroir M2 est positionné dans la
zone de stabilité déterminée précédemment.
Mesure du Taux de polarisation
A l’aide d’un
un polariseur et du mesureur de puissance, il est possible le
taux d’extinction de Laser.
Analyse spectrale
A l’aide d’un
un spectromètre, il est possible
possibl de déterminer le spectre de
lampes spectrales Helium et Néon, mais également celui du tube
(luminescence) ou encore de l’émission
émission Laser. Toutes ces mesures et
comparaisons permettent non seulement d’identifier les gaz présents
dans le tube de la cavité mais également de vérifier que l’émission
l
Laser à 632,8 nm est bien due à une transition du Neon.
Fig. 2 : Capture d’images de différents modes transverses
Etude de la divergence du faisceau Laser
Le faisceau Laser étant réglé en TEM00, il est possible de déterminer sa
largeur par le biais du Logiciel Profilas (tracé du profil et mesure de la
largeur à 1/e2). Pour différentes positions de la webcam, cette mesure
de largeur permet de déduire la divergence du faisceau en sortie de
cavité.
03 82 20 81 07
[email protected]
Fig. 5 : Spectre du Tube (He, Ne) en bleu et
de l’émission
’émission Laser à 632,8 nm (en jaune)
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