کنترل مسیر پرتو لیزر هلیوم-نئون با ابزارهای اپتیکی و اندازه گیری توان لیزر هلیوم-نئون

به نام خدا

گزارش کار آزمایش کنترل مسیر پرتو لیزر هلیوم-نئون با ابزارهای اپتیکی

و اندازه گیری توان لیزر هلیوم-نئون

مقدمه:

در دنیای اپتیک و فوتونیک، لیزرها به واسطه ویژگی‌هایی همچون همدوسی بالا، تک‌فامی (تک‌طولی‌موج بودن) و انتشار خطی، نقشی حیاتی در انجام آزمایش‌های دقیق دارند. از میان انواع مختلف لیزرها، لیزر هلیوم-نئون به دلیل پایداری نوری مطلوب و طول‌موج مشخص ۶۳۲.۸ نانومتر، یکی از پرکاربردترین منابع نوری در آزمایشگاه‌های آموزشی و تحقیقاتی به شمار می‌رود.

یکی از مهم‌ترین مراحل در به‌کارگیری سیستم‌های اپتیکی، هم‌راستا‌سازی صحیح پرتو لیزر است. این فرآیند به‌منظور هدایت دقیق نور در مسیرهای مشخص، جلوگیری از واگرایی ناخواسته و کاهش خطای نوری انجام می‌شود. برای تحقق این هدف، ابزارهای دقیقی همچون آینه‌های تخت قابل تنظیم، پین‌هول به‌عنوان محدودکننده پرتو، ریل‌ها و میزهای اپتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آشنایی با تکنیک‌های هم‌راستاسازی و مهارت در تنظیم این ابزارها، از الزامات اساسی برای اجرای موفق آزمایش‌های اپتیکی است. در این آزمایش، تلاش می‌شود تا با استفاده از تجهیزات مناسب، پرتو لیزر در مسیر مورد نظر هدایت شده و همچنین توان نوری آن به‌صورت دقیق اندازه‌گیری شود.

ابزار آزمایش:

لیزر هلیوم-نئون

پین‌هول (به عنوان یک دیافراگم با قطر بسیار کوچک، فقط پرتو مرکزی و دقیق را عبور داده و از تأثیر پرتوهای جانبی جلوگیری می‌کند.)

میز اپتیکی

ریل اپتیکی (محور اپتیکی باید موازی با این ریل باشد)

مونت یا پایه‌های نگهدارنده آینه‌ها و عدسی‌ها

آینه‌های تخت روی مونت‌های قابل تنظیم

تراز لیزر

خط‌کش

Breadboard

روش انجام آزمایش:

همه‌چیز از لحظه‌ای شروع شد که تجهیزات را روی میز آزمایش تنظیم کردیم. میز اپتیکی، همان سکوی اصلی، سوراخ‌هایی منظم داشت که امکان نصب دقیق ابزارهای مختلف را فراهم می‌کرد. ریل‌های اپتیکی را به دقت بر روی این میز ثابت کردیم تا مسیر پرتو به‌طور کامل تحت کنترل باشد.

ابتدا لیزر هلیوم-نئون را با دقت روی نخستین ریل نصب کردیم. پرتو روشن شد و مسیر مستقیم خود را آغاز کرد. اما به دلیل محدودیت فضای میز و عدم امکان قرارگیری تمام اجزا در یک خط صاف، ناچار به استفاده از آینه‌ها شدیم تا پرتو را به هدف هدایت کنیم.

دو آینه تخت را به کمک پایه‌های آهنربایی روی Breadboard مستقر کردیم. این پایه‌ها به راحتی روی میز جابه‌جا می‌شدند و آینه‌ها را دقیقاً در موقعیت دلخواه ما قرار می‌دادند. سپس دومین ریل را موازی با ریل اول نصب کردیم و پین‌هول و تارگت را روی پایه‌های ثابت آن قرار دادیم.

اکنون نوبت به تنظیم دقیق ارتفاع‌ها رسید. با استفاده از خط‌کش، ارتفاع پرتو لیزر را اندازه گرفتیم و ارتفاع آینه‌ها را با آن هم‌سطح کردیم. حالا زمان تنظیم زاویه‌ها فرا رسیده بود. به آرامی و با دقت، پیچ تنظیم زاویه آینه اول را چرخاندیم تا پرتو پس از بازتاب از آن، دقیقاً به آینه دوم برخورد کند. زاویه آینه دوم را هم تنظیم کردیم تا پرتو، پس از دو بار بازتاب، مستقیماً از مرکز پین‌هول عبور کند.

اما این پایان کار نبود. پین‌هول را به‌طور موقت از مسیر برداشتیم تا تنظیم دقیق‌تر انجام دهیم. حالا تمام تمرکزمان را روی برخورد پرتو به مرکز تارگت گذاشتیم. پس از تنظیم نهایی آینه دوم، پین‌هول را مجدد سر جای خود قرار دادیم و تنظیمات را با آینه اول ادامه دادیم تا پرتو به‌طور هم‌زمان از مرکز پین‌هول و تارگت عبور کند.

با تکمیل این تنظیمات، مسیر پرتو به‌صورت کامل هم‌راستا شد و شرایط برای اجرای آزمایش‌های دقیق‌تر فراهم گردید.

در نهایت، دستگاه آشکارساز را وارد مدار کردیم. ابتدا دستگاه را با نور محیط کالیبره کرده و طول موج لیزر را اندازه گرفتیم. سپس آشکارساز را دقیقاً مقابل پرتو قرار دادیم تا توان خروجی نور را با دقت ثبت کنیم.

چالش‌های آزمایش:

در طول انجام آزمایش، چندین چالش فنی قابل توجه بروز کرد

تنظیم زاویه آینه‌ها: تنظیم دقیق آینه‌ها یکی از حساس‌ترین بخش‌های کار بود. کوچک‌ترین تغییر زاویه، مسیر پرتو را به‌طور کامل تغییر می‌داد و این امر نیازمند صرف زمان و دقت بالا بود.

عبور پرتو از پین‌هول: به دلیل ابعاد بسیار کوچک دیافراگم پین‌هول، متمرکز کردن پرتو به گونه‌ای که به‌طور کامل از آن عبور کند، نیاز به تنظیمات دقیق و ظرافت داشت. هرگونه انحراف جزئی منجر به قطع بخشی از پرتو می‌شد.

زاویه آشکارساز نسبت به پرتو: قرار دادن آشکارساز دقیقاً در راستای پرتو، چالش دیگری بود که برای به دست آوردن نتایج دقیق باید به آن توجه می‌شد.

راه‌حل‌ها: استفاده از تراز لیزری، خط‌کش دقیق و پیچ‌های تنظیم زاویه با حساسیت بالا به بهبود این فرآیند کمک شایانی کرد و دقت تنظیمات را افزایش داد

نتیجه‌گیری آزمایش :

در پایان آزمایش، توان نوری لیزر هلیوم-نئون در بازه‌ای بین ۲۴.۰ میلی‌وات تا ۶۳.۰ میلی‌وات اندازه‌گیری شد. این اختلاف ناشی از تغییر زاویه آشکارساز نسبت به پرتو لیزر بود که به خوبی اهمیت موقعیت‌یابی دقیق آشکارساز را نشان داد.

این آزمایش به‌وضوح نشان داد که هم‌راستا‌سازی دقیق پرتو لیزر و تنظیم بهینه ابزارهای اپتیکی، نقش بسیار مهمی در کیفیت نتایج نهایی دارد. استفاده صحیح از آینه‌ها، پین‌هول و تجهیزات تنظیم دقیق، از عوامل کلیدی در تضمین عبور صحیح پرتو از مسیر تعیین شده است.

برداشت شخصی:

در جریان این آزمایش متوجه شدم که موفقیت در هم‌راستا‌سازی پرتو لیزر کاملاً وابسته به دقت تنظیمات اپتیکی است. تنظیم زاویه آینه‌ها نیازمند صبر، تمرکز و دقت فراوان بود، چرا که کوچک‌ترین تغییر می‌توانست کل مسیر پرتو را منحرف کند.

همچنین، اهمیت بالای ابزارهایی مانند پین‌هول و آشکارساز در آزمایش‌های اپتیکی کاملاً مشهود بود. این تجهیزات کوچک، تأثیر چشم‌گیری در تعیین کیفیت و دقت آزمایش داشتند.

در نهایت، این آزمایش برایم تجربه‌ای ارزشمند در درک اهمیت ابزارهای دقیق اپتیکی و مهارت در تنظیم آن‌ها بود و به خوبی نشان داد که موفقیت در آزمایش‌های اپتیکی، بیش از هر چیز نیازمند دقت و حوصله است.