 |
Подготовка излучателя к работе.
|
|
|
|
2.1.1. Убедиться, что тумблеры блока питания находятся в положении ‘Выключено’.
Включить вилку (двухштырьковую или трехштырьковую) шнура питания блока в сеть 220В * 50 Гц.
2.2. Включение излучателя.
2.2.1. Включить тумблер “Сеть “ на блоке питания.
2.2.2. Нажав и отпустив кнопку “Поджиг” зажечь разряд в активном элементе. Если разряд не загорелся, то повернуть ручку регулировки “Грубо” вправо, увеличив напряжение, и нажать кнопку “Поджиг” еще раз.
2.2.3. После возникновения разряда ручкой регулировки ‘Грубо” и “Плавно” установить рабочий ток разряда, указанный в паспорте на излучатель.
2.2.4. После установления тока должен появиться луч красного цвета, исходящий из торца излучателя.
Примечание: Из-за несовпадения оси сферической поверхности, на которую нанесено отражающее покрытие, и нормали к плоской поверхности под ложки зеркала (которая не принимает участия в лазерном действии), обычно имеется несколько дополнительных лучей, интенсивность которых значительно меньше чем интенсивность основного луча. Эти дополнительные лучи расходятся под небольшим углом относительно друг к другу.
2.2.5. В излучателе из-за теплового расширения корпуса наблюдаются колебания мощности излучения, которые сходят к минимуму через 1-1,5 ч. работы.
Выключение излучателя.
2.3.1. Для выключения излучателя необходимо выключить тумблер ‘Сеть”.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА
Световые лучи от лазера S, прошедшие через дифракционную решетку P, проецируются на экран Э. На экране видны спектры нулевого (0), первого (1), второго (2) и третьего (3) порядков(рис. 1).
Длина волны определяется по формуле 
, где d – постоянная решетки,
|
|
|
К – порядковый номер максимума на экране. Таким образом, для определения длины волны нужно измерить только jк
Рассмотрим определение jк для 1 – го порядка. Для 
ОАС (рис. 3)
С небольшой погрешностью можно считать, что 
, т.к. углы малы. Отсюда
в общем виде: 
Рисунок 3
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
ЗАДАНИЕ 1. Определение длины волны излучения газового лазера с помощью дифракционной решетки.
1) Ознакомиться с устройством лазера и инструкцией по эксплуатации.
2) Выполните указание инструкции по эксплуатации и включите прибор.
3) Измерьте и запишите расстояние между линиями в спектрах 1, 2, 3.и нулевого порядков справа и слева.
4) Измерьте расстояние между дифракционной решеткой и экраном R.
5) Повторите измерения еще при двух разных R.
1. 2.Обработка результатов.
1) Занести данные в таблицу.
2) Определите длину волны излучения лазера по формуле 
.
3) Получите 
4) Сопоставьте результат со значениями длины волны излучения из технических данных прибора.
5) Определите погрешность опыта.
ЗАДАНИЕ 2. Рассчитайте энергию фотона, излучаемую лазером (энергию перехода 3S®2p в атоме неона) по формуле 
,
где h- постоянная Планка =6,625 · 10-34 Дж с,
с- скорость света.=3 · 108 м/с
Таблица - Результаты измерений
| R | К=1 | L1 слева |
 =
| 
| Е= |
| L1 справа | |||||
| K=2 | L2 слева |
 =
| |||
| L2 справа | |||||
| K=3 | L3 слева |  =
| |||
| L3 справа |
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПУНКТЫ
1. Принцип действия лазера и назначение каждой из составных его частей.
Газовый ОКГ называют квантовый генератор, в котором активное вещество находится в газовой среде. Как и другие ОКГ, газовый генератор состоит из трех основных частей:
1) Активного (рабочего) вещества;
2) Резонансной системы, представляющей две параллельные системы, с нанесенным на них отражающим покрытием;
3) Системы возбуждения.
На рис. 4 изображена типичная схема лазера. Газ заключен в стеклянный баллон специальной формы 1. Вне баллона находятся зеркала, представляющие собой оптическую систему резонатора 2. Возбуждение осуществляется с помощью электрического разряда генератора 3.
|
|
|
Данная установка относится к типу ионных ОКГ. В качестве рабочего вещества
 |  | ||
используется смесь гелия с неоном.
Рисунок 4
1.1Излучение и поглощение.
1) Процесс перевода частиц из нормального состояния (основного) в состояние с большей энергией называется возбуждением. В данной системе возбуждение атомов неона происходит при получении энергии от электронов гелиевой плазмы.
2) Обычно число атомов в системе, находящейся в возбужденном состоянии, меньше числа не возбужденных. В основном состоянии атом может существовать неограниченно долгое время. Время пребывания в возбужденном состоянии ограничено 10 –8 сек. Однако существуют возбужденные состояния с большим временем жизни (10-3 с). Их называют метастабильными.
3) Самопроизвольный переход атомов в нижнее энергетическое состояние называется спонтанным. Особенностью спонтанного излучения является то, что оно носит случайный характер и представляет беспорядочную смесь квантов с различными длинами волн. Ни по частоте, ни по фазе такие волны не согласованы, и спектр излучения представляет произвольный набор частот, рис. 5
I
 |
n
Рисунок 5
Частица может переходить на нижний энергетический уровень и испускать квант света под действием другого кванта. Такое излучение называется индуцированным, рис.6. Рожденные под действием внешнего поля кванты электромагнитного излучения строго когерентны вынуждающим квантам.
 |
 |
hn
Рисунок 6
5. Переход из возбужденного состояния в нормальное может быть без излучательным. В этом случае энергия атомов неона превращается в тепло.
6. При индуцированном переходе вместо одного появляются два фотона, т.е. происходит удвоение их числа. Эти два фотона могут быть причиной следующих индуцированных переходов. Происходит лавинообразный процесс. В конечном счете происходит усиление света, прошедшего через возбужденную среду. Такая среда называется активной или рабочей.
|
|
|
7. Однако, усиление возможно лишь тогда, когда в возбужденном состоянии находится больше половины всех частиц системы. Иначе процесс будет идти с затуханием. Создание таких условий, когда в возбужденном состоянии находится больше половины всех частиц системы называется созданием инверсной заселенности энергетических уровней. Создать такую заселенность можно только в системе с числом энергетических уровней более двух.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Меры безопасности.
2. Методика эксперимента.
3. Устройство газового лазера и назначение каждой из его составных частей.
4. Схема энергетических уровней лазера, рабочие переходы.
5. Принцип действия лазера.
6. Характеристики лазерного излучения.
7. Область применения лазеров.
8. Что такое спонтанное излучение?
9. Что такое индуцированное излучение?
ЛИТЕРАТУРА
1. И. В. Савельев. Курс общей физики. т. 3.
2. Ю. М. Клименко. Оптические квантовые генераторы. М.: Сов. радио, 1968 г.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики – М.: Высшая школа, 1989 г.
|
|
|
12 |
