Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest pomiar gęstości mocy w przekroju poprzecznym wiązki laserowej w zależności od odległości od źródła lasera.

Przebieg ćwiczenia

1. Schemat układu pomiarowego.

2. Opis ćwiczenia.

Jak widać powyższy schemat jest ogólny. W przeprowadzonym ćwiczeniu sondą miernika była kamera, na którą padała wiązka światła. Miernikiem był natomiast komputer sprzężony z monitorem telewizyjnym. Przekrój poprzeczny wiązki lasera obserwowaliśmy na ekranie.

Pierwszym krokiem był wybór osi (pionowa lub pozioma). Należało ustawić oś w takim miejscu plamki lasera, w którym gęstość mocy obserwowana na monitorze komputera była maksymalna i czytelna.

Następnie ustawiając kursory pomiarowe na wykresie w punktach:

po lewej i po prawej stronie Max, odczytujemy wartości x_i i y_i w punktach pomiarowych k₁ i k₂ dla każdego przekroju.

Staraliśmy się żeby wartość maksymalna gęstości mocy Wmax wypadała w v=250, wówczas miejsce postawienia kursora jest stałe i wynosi:

Należy pamiętać, że w wyniku rozdzielczości obliczeniowej programu komputerowego wartość ta nie da się precyzyjnie ustawić. Będzie ona oscylować wokół wartości obliczonej. Do obliczeń wzięliśmy wartość średnią nastawioną w czasie pomiarów po obu stronach Wmax.

Pomiary wykonujemy w osi poziomej i pionowej przekroju poprzecznego wiązki laserowej w dwóch odległościach od lasera.

Do pomiaru wartości granicznych wiązki wykorzystane zostały właściwości ekranu telewizyjnego oraz monitora. Jednostki ustaliliśmy korzystając z rozdzielczości monitora i rozmiaru przetwornika CCD kamery.

Rozdzielczość monitora M:

Mpo = 515 piksli Mpi = 512 piksli

Wymiary CCD kamery K:

Kpo = 6 [mm] Kpi = 4,5 [mm]

Otrzymane punkty wyznaczały szerokość wiązki lasera. Pomiarów dokonywaliśmy dla dwóch pozycji czujnika. Na początku kamerę umieściliśmy maksymalnie blisko lasera 30cm, a następnie oddaliliśmy ją na 50cm i ponownie przeprowadziliśmy pomiary.

Następnie dla obu odległości obliczyliśmy wartości średnie gęstości mocy lasera, stosując wzór:

gdzie:

d_po - gęstość w osi poziomej

d_pi - gęstość w osi pionowej

3. Wyniki pomiarów.

a). wykonane w odległości 30cm od źródła lasera

w osi poziomej:

Wmax = 250

X ≈ 33,00

Współrzędne k₁ :

x₁ = 178

y₁ = 85

Współrzędne k₂ :

x₂ = 235

y₂ = 85

Obliczenie rozmiaru wiązki w poziomie :

d_po = x₂ - x₁ = 235-178 = 57

Obliczenie rozmiaru wiązki w poziomie w [mm]:

mm

w osi pionowej:

Wmax = 250

X ≈ 34,36

Współrzędne k₁ :

x₁ = 207

y₁ = 51

Współrzędne k₂ :

x₂ = 207

y₂ = 134

Obliczenie rozmiaru wiązki w pionie :

d_pi = y₂ - y₁ = 134-51 = 83

Obliczenie rozmiaru wiązki w pionie w [mm]:

mm

obliczenie średnicy wiązki w odległości 30cm :

mm

b). wykonane w odległości 50cm od źródła lasera

w osi poziomej:

Wmax = 250

X ≈ 36,39

Współrzędne k₁ :

x₁ = 179

y₁ = 85

Współrzędne k₂ :

x₂ = 239

y₂ = 85

Obliczenie rozmiaru wiązki w poziomie :

d_po = x₂ - x₁ = 239-179 = 60

Obliczenie rozmiaru wiązki w poziomie w [mm]:

mm

w osi pionowej:

Wmax = 250

X ≈ 33,35

Współrzędne k₁ :

x₁ = 209

y₁ = 51

Współrzędne k₂ :

x₂ = 209

y₂ = 134

Obliczenie rozmiaru wiązki w pionie :

d_pi = y₂ - y₁ = 134-51 = 83

Obliczenie rozmiaru wiązki w pionie w [mm]:

mm

obliczenie średnicy wiązki w odległości 50cm :

mm

Wnioski

Przeprowadzone ćwiczenie dowodzi, że rozkład gęstości mocy w przekroju poprzecznym wiązki lasera nie jest jednakowy w osi poziomej i pionowej. Można zauważyć też, że w miarę oddalania się od źródła lasera jego wiązka ulega rozszerzaniu. Najbardziej skupiona wiązka jest w odległości bardzo małej od lasera.

Im mniejsza szerokość wiązki tym większa moc lasera. Im mniejszy przyrost szerokości wiązki w miarę oddalania się od źródła lasera tym lepsza jakość lasera. Parametry te można zmieniać i dopasowywać w zależności od przeznaczenia lasera (cięcie materiałów, spawanie metali, precyzyjna obróbka, przeznaczenie medyczne w okulistyce i chirurgii).

Strona 1 z 4

Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia

Temat: Badanie rozkładu gęstości mocy w przekroju poprzecznym wiązki laserowej.

Skład zespołu:

Prowadzący:

Data wykonania:

.

Ocena:

Podpis:

Studia zaoczne Kierunek: Elektronika i telekomunikacja

Rok Semestr

y₁ ,y₂

x₂

x₁

k₂

k₁

W_max

500

0

250

---