Plaquette détaillée TP LASER

03 82 20 81 07
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Thèmes abordés
Réglage et alignement
d’une cavité Laser via un miroir externe
Méthode d’autocollimation, cavité résonnante, effet Laser
conditions de stabilité de la cavité.
Mesure de la puissance d’émission
Etude des propriétés géométriques : profil s
patial, faisceau gaussien,
col-waist, longueur de Rayleigh (Z
r
), divergence
faisceau laser par une lentille.
Etude des spectres du gaz Hélium
et du rayonnement Laser,
monochromaticité, luminescence
polarisation, mesure du taux de polarisation
différents modes transverses
Option
: Etude des battements, modes longitudinaux, calcul précis de la
longueur de la cavité
Principes et objectifs
Le Kit utilisé se compose d’un tube
remplit d’un gaz He
fixe, de rayon de courbure R
1
= 60 cm et de réflectivité
trouve à l’intérieur de ce tube.
A l’opposé de ce miroir, une fenêtr
Brewster permet de polariser
le faisceau de sortie.
Laser, un deuxième miroir (externe) est utilisé. Son
mm, son rayon de courbure est R
2
= 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 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 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
rayonnement laser
•Autre expérience
possible (sous réserve de disposer d’un analyseur de
spectre) : Etude des modes longitudinaux
Photo1 : Montage
expérimental
TP "
REGLAGE
ET
ETUDE
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http://www.didaconcept.com
d’une cavité Laser via un miroir externe
.
Méthode d’autocollimation, cavité résonnante, effet Laser
. Etude des
Mesure de la puissance d’émission
.
patial, faisceau gaussien,
), divergence
. Focalisation du
Etude des spectres du gaz Hélium
-Néon
monochromaticité, luminescence
. Etude de la
polarisation, mesure du taux de polarisation
. Observation des
: Etude des battements, modes longitudinaux, calcul précis de la
remplit d’un gaz He
-Ne. Un miroir
= 60 cm et de réflectivité
≈ 99,99 %, se
A l’opposé de ce miroir, une fenêtr
e de
le faisceau de sortie.
Pour fermer la cavité
Laser, un deuxième miroir (externe) est utilisé. Son
diamètre est de7,75
= 45 cm et sa réflectivité proche de
L’horizontalité et la verticalité de ce miroir peuvent être réglées
Expérience 1. Mise au point de la cavité pour l'obtention de l'effet
stabilité de la cavité
Expérience 4. Etude de la divergence du faisceau laser
Focalisation par une lentille et étude des propriétés
. Etude de la polarisation du faisceau laser
. Etude des spectres du gaz hélium
-néon et du
possible (sous réserve de disposer d’un analyseur de
Matériels nécessaires
Banc prismatique de précision avec pieds, 2m
Cavalier standard pour banc prismatique
Cavalier long
pour banc prismatique
Cavalier à réglage latéral X de +/
-
Cavalier à réglage latéral X de +/
-
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 (f=45 cm)
Monture de miroir avec 2 vis de réglage fin
Polariseur de précision en verre avec monture 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
Possibilité d’extension : Modulat
ion, Q
ou acousto-
optique intra ou extra cavité (nous consulter)
expérimental
du TP Laser He-Ne – Observation
des modes transverses par une Webcam
ETUDE
D
’
UNE CAVITE LASER HE
-
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Banc prismatique de précision avec pieds, 2m
1
Cavalier standard pour banc prismatique
3
pour banc prismatique
1
-
30 mm 1
-
30 mm et Z de 40 mm 2
polarisé
1
1
Alimentation de laboratoire pour tube Laser
1
réfléchissant (f=45 cm)
1
Monture de miroir avec 2 vis de réglage fin
1
Polariseur de précision en verre avec monture rota
tive 1
1
Lentille dia. 40, traîtée antireflet, biconvexe, F=+150mm
1
1
1
1
Spectrovio, spectromètre, logiciel et fibre optique
1
Webcam 640 x 480 pixels (High Speed USB)
1
1
1
Notice de résultats et commentaires
(enseignant) 1
ion, Q
-Switch avec cellule de Pockels
optique intra ou extra cavité (nous consulter)
des modes transverses par une Webcam
-
NE
"

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Théorie et résultats
Etude des conditions de stabilité de la cavité
Cette étude consiste à déplacer le miroir M2 tout en
chaque position l'intensité émise par le laser (cf. figure
Fig. 1 :
Etude des conditions de stabilité de la cavité
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 L
Le polariseur P1 (cf. photo 1) permet d'atté
nuer l'intensité lumineuse
pour éviter la saturation de l'image de la caméra
. O
jouer sur les réglages de la caméra.
Le miroir M2 est positionné dans la
zone de stabilité déterminée précédemment.
Fig. 2 : Capture d’images de
différents modes
Etude de la divergence du faisceau Laser
Le faisceau Laser étant réglé en TEM
00
, il est possible de déterminer sa
largeur par le biais du Logiciel Profilas
(tracé du profil et mesure de la
largeur à 1/e
2
). Pour
différentes positions de la webcam, cette mesure
de largeur permet de déduire la divergence du faisceau en sortie de
cavité.
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Cette étude consiste à déplacer le miroir M2 tout en
optimisant pour
chaque position l'intensité émise par le laser (cf. figure
1).
Etude des conditions de stabilité de la cavité
Webcam et du Logiciel
du faisceau L
aser.
nuer l'intensité lumineuse
. O
n pourra également
Le miroir M2 est positionné dans la
différents modes
transverses
, il est possible de déterminer sa
(tracé du profil et mesure de la
différentes positions de la webcam, cette mesure
de largeur permet de déduire la divergence du faisceau en sortie de
0 10 20
-0,8
-0,7
-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 Miroir M
2
Diamètre du faisceau à 1/e
2
(mm)
Position z (cm)
Fig. 3 :
Mesure de la divergence du faisceau (env. 1 mrad)
Etude des
propriétés géométriques après traversée d
0 4 8 12
16
-0,40
-0,35
-0,30
-0,25
-0,20
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Col - Pincement
Waist
Lentille (f = 250 mm)
Diamètre du faisceau à 1/e
2
(mm)
Position z (cm)
Fig. 4 : Caractérisation
du faisceau
Mesure du Taux de polarisation
A l’aide d’
un polariseur et du mesureur de puissance, il est possible le
taux d’extinction de Laser.
Analyse spectrale
A l’aide d’
un spectromètre, il est possibl
lampes spectrales Helium et
Néon,
(luminescence) ou encore de l’
émission Laser. Toutes ces mesures et
comparaisons permettent
non seulement
dans le tube de la cavité mais également de vérifier que l
Laser à 632,8 nm est bien due à une transition du Neon.
Fig. 5 : Spectre du
Tube (He, Ne) en bleu et
de l
’émission Laser
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30 40 50 60
Position z (cm)
Mesure de la divergence du faisceau (env. 1 mrad)
propriétés géométriques après traversée d
’une lentille
16
20 24 28 32 36 40 44
Col - Pincement
Waist
Position z (cm)
du faisceau
en sortie de lentille
Mesure du Taux de polarisation
un polariseur et du mesureur de puissance, il est possible le
un spectromètre, il est possibl
e de déterminer le spectre de
Néon,
mais également celui du tube
émission Laser. Toutes ces mesures et
non seulement
d’identifier les gaz présents
dans le tube de la cavité mais également de vérifier que l
’émission
Laser à 632,8 nm est bien due à une transition du Neon.
Tube (He, Ne) en bleu et
’émission Laser
à 632,8 nm (en jaune)