Методика проведения эксперимента

Целью работы является изучение основных характеристик лазера: длины волны излучения, и определение расходимости лазерного излучения луча в дальней зоне.

Длину волны лазерного излучения λ можно определить с помощью дифракционной решетки, помещенной на пути луча. Используя условие главных максимумов интенсивности для дифракционной решетки,

(2)

( i = 0,1,2,3,...), где i - порядок максимума, d -период решетки, φ_i - угол, образуемый лучом и направлением на выбранный максимум, можно определить длину волны, определив предварительно φ_i и d.

Углы дифракции φ_i определяются через линейные размеры дифракционной картины на экране - расстояние x_i от центра дифракционной картины до центра i-максимума -следующим образом:

(3)

где L - расстояние от дифракционной решетки до экрана.

Тогда, с учетом -формулы (2) и соотношения

выражение для λ примет вид

(4)

Кроме красной длины λ₁, Ne – He лазер может генерировать инфракрасное излучение в области мкм и в областимкм, что соответствует наличию еще двух пар лазерных уровней в смесиNe и Не. Настройка излучателя на ту или иную длину волны излучения производится установкой зеркал резонатора с высоким коэффициентом отражения для требуемой длины волны излучения.

Диаметр пучка определяется визуальным отсчетом по экрану с миллиметровой сеткой, передвигаемому на разные расстояния от лазера.

Порядок выполнения работы

1. Изучить техническое описание (ТО) и инструкцию по эксплуатации (ИЭ) используемого в работе лазера.

2. Включить лазер в соответствии с порядком включения по ИЭ; после появления красного лазерного луча приступить к измерениям.

I. Определение длины волны видимого лазерного излучения

1. Установить на пути луча укрепленную в подставке дифракционную решетку, за ней - экран с миллиметровой шкалой. Перемещая решетку так, чтобы луч попадал в центральную часть ее, и, перемещая экран вдоль луча, получить на экране четкую дифракционную картину.

2 Измерить расстояния x_i от центра дифракционной картины до центров нескольких максимумов (не менее 3х) слева и оправа от центра.

3. Измерить линейкой расстояние L от решетки до экрана (не менее 3 раз).

4. По формуле (4) рассчитать значения λ , вычислить среднее значение и погрешность измерения (величина d=1/100 мм).

Составить и заполнить таблицу с результатами измерений и расчетов.

II. Определение расходимости луча в дальней зоне

1. Установить на рельсе на пути луча экран с миллиметровой сеткой. Вблизи лазера установить поглощающий фильтр, уменьшающий яркость светящегося пятна на экране, для получения более четкой границы пятна.

2.Передвигая экран вдоль луча от минимального расстояния до лазера и далее, измерять диаметр пятна D на экране на разных (не менее 10) расстояниях l от лазера. Расстояние измеряется линейкой, диаметр луча - по миллиметровой сетке экрана. Измерения повторить не менее 3 раз, увеличивая и уменьшая расстояние.

3. Составить и заполнить таблицу с результатами измерений.

4. Построить график зависимости D(l). По графику определять линейный участок зависимости и рассчитать по формуле (1) расходимость Q луча (в миллирадианах) и погрешность ΔQ.

5. Пользуясь графиком, методом экстраполяции оценить диаметр лазерного луча на выходе из лазера D_вых и погрешность ΔD_вых

Контрольные вопросы

а) Для допуска к работе

1. Что такое вынужденное излучение и каковы его свойства?

2. Каковы свойства лазерного излучения?

3. Объяснить устройство и принцип действия газового лазера.

4Что такое инверсия населенностей и каковы способы ее получения?

5. В чем заключается методика определения длины волны лазерного излучения?

6. Что такое расходимость луча и какова методика ее измерения?

7. Каким прибором измеряется мощность лазерного излучения и как?

б) Для сдачи работы

1. Исходя из снятой V-A характеристики газового разряда, определить, какой тип разряда используется в лазере.

2. Объяснить немонотонную зависимость мощности лазерного излучения от тока разряда. Чему равен рабочий ток лазера?

3. Проанализировать полученный результат для λ.

4.Проанализировать график расходимости луча. Чему равен диаметр луча на выходе из лазера и расходимость?

5. Какие еще существуют типы лазеров?

6. Каковы области применения лазеров?