Лабораторная работа № 6 изучение работы газового лазера

Оборудование – оптическая скамья, лазер ЛГ-75 с блоком питания, экран, дифракционная решетка, микрометрическая щель.

Цель работы – изучить принцип работы газового лазера. Измерить длину волны излучения гелий-неонового лазера и ширину щели.

Описание установки

Установка, на которой выполняются задания данной лабораторной работы, схематически представлена на рис. 4.4. Все детали установки расположены на оптической скамье 4. Заключенный в металлическую трубку газовый лазер 1 установлен горизонтально на неподвижной опоре, закрепленной на оптической скамье рейтера 5.

Рис. 4.4. Внешний вид лабораторной установки 1 – лазер; 2 – горизонтальный столик с дифракционной решёткой; 3 – экран; 4 – оптическая скамья; 5, 6, 7 – рейтеры; БП – блок питания

За выходным окном лазера на оптической скамье находится рейтер 6, несущий горизонтальный столик. На этот столик в ходе выполнения работ помещаются различные детали 2, дифракция и поляризация света на которых изучается в различных заданиях.

На рейтере 7 расположен поворачивающийся экран 3, на котором наблюдаются дифракционные картины от различных объектов. Экран можно поворачивать под разными углами к падающему на него светово-му пучку. Этот прием, так называемая косая проекция, очень удобен для значительного растягивания дифракционных картин в поперечном нап-равлении, что дает возможность без микроскопа и лупы рассматривать на экране различные подробности дифракционных явлений. Дифракцию можно наблюдать и на экране, расположенном на стене.

ВНИМАНИЕ! НАДО ПОМНИТЬ, ЧТО ПОПАДАНИЕ В ГЛАЗА ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОПАСНО ДЛЯ ЗРЕНИЯ, ПОЭТОМУ ПРИ РАБОТЕ С ЛАЗЕРОМ НЕОБХОДИМО СОБЛЮДАТЬ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ. ВСЕ ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕНИЯ УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДЯТСЯ ТОЛЬКО ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ИЛИ ДЕЖУРНЫМ ЛАБОРАНТОМ ПРАКТИКУМА. ВСЯКОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЛАЗЕРА КАК ВО ВКЛЮЧЕННОМ, ТАК И В ВЫКЛЮЧЕННОМ СОСТОЯНИИ СТУДЕНТАМ КАТЕГОРИЧЕСКИ ВОСПРЕЩАЕТСЯ.

Задание I Измерение длины волны излучения лазера с помощью дифракционной решетки

Направленность и пространственная когерентность излучения лазера позволяют применять лазерный световой пучок в ряде измерений без предварительной его коллимации. Эта особенность лазерного излучения используется, в частности, в опытах с дифракционной решеткой.

Измерения, выполняемые в данном задании, имеют целью определение длины волны излучения лазера λ. Для этого используется условие максимума при дифракции на дифракционной решетке:

,

где d– постоянная решетки;n– порядок максимума;φ- угол, на который отклоняются лучи с длиной волныλот своего первоначального распространения (рис. 4.5). Поскольку уголφмал, то. Расчетная формула будет иметь вид

, (4.9)

где – среднее расстояние от центрального максимума () до максимумаnпорядка (среднее арифметическое отс-чета справа и слева от центрального максимума).

Порядок выполнения задания

1. Подготовить установку к измерениям. На столик 3 (см. рис. 4.4) поместить подставку с дифракционной решеткой. Прямоугольный экран расположить нормально к оси лазера на расстоянии Lот плоскости дифракционной решетки. После того как все детали установки помещены на соответствующие места, дежурный лаборант или преподаватель включает лазер.

2. При включенном лазере установить дифракционную решетку пер-пендикулярно к оси светового луча, выходящего из лазера. Для этого путем вращения столика 3, несущего решетку, привести световой блик, отраженный назад к лазеру от плоскости решетки точно на се-редину выходного окна лазера, т.е. добиться совпадения выходящего из лазера светового пучка с его отражением от плоскости решетки.

3. Перейти к наблюдению дифракционной картины на экране. Рассматривая дифракционную картину на экране, можно сделать следующее наблюдение: между яркими главными дифракционными максимумами различных порядков на экране видна еще система слабых эквидистантных дифракционных максимумов. Эти максимумы принципиально присущи всякой дифракционной картине, полученной с помощью дифракционной решетки. Но если первичным световым пучком освещено большое число штрихов на всей площади решетки, то в результате интерференции многих световых пучков интенсивность вторичных дифракционных максимумов практически равна нулю, и они не наблюдаемы. По условию данного задания, сечение лазерного светового пучка, используемого без коллиматора, перекрывает сравнительно небольшое число штрихов решетки, и поэтому вторичные дифракционные максимумы имеют заметную интенсивность.

4. Произвести измерения расстояния слева и справа от максимума нулевого порядка до максимумаn-гопорядка. Результаты измерений занести в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

d	L	n	 x слева	 x справа	 xср		ср
		1
		2
		3
		1
		2
		3

5. Произвести измерения, аналогичные пункту 4 данного задания с другим расстояниемLмежду экраном и дифракционной решёткой.

6. Рассчитать длину волны излучения лазера.

Задание II