Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра фізики

Група РТ-8

Лабораторна робота №64

Тема: “Дослідження властивостей лазерного випромінювання”

Виконав: Чернега П.В.

Перевірив: Алексюк В.Ю.

Житомир

2004р.

Мета роботи: визначити довжину хвилі лазерного випромінювання та її площину поляризації; навчитися користуватися лазером як вимірювальним приладом.

Обладнання: газовий лазер неперервної дії, нитка та щілина на підставці, поляроїд, лінійка, екран.

Теоретичні відомості

Лазер на суміші газів – неперервний і імпульсний, має велике ККД та високу потужність (до 4кВт у неперервному режимі), випромінює в інфрачервоній частині спектра (=1060нм).

Лазер складається з кварцової трубки, заповненої сумішшю газів He і Ne. Перпендикулярно до осі трубки розміщено два дзеркала – переднє напівпрозоре та заднє непрозоре. Трубку охоплюють кільцеві електроди, що з’єднані з генератором високої частоти. За допомогою цих електродів в трубці створюється змінне електрополе (=300Мгц), енергія якого використовується для збудження атомів He і Ne.

Дія лазера ґрунтується на тому, що в його робочому тілі (атоми Ne) створюється так звана інверсна заселеність, тобто створюється ситуація, за якої більшість електронів атомів Ne знаходяться у високих енергетичних станах Е₄ і Е₅, а на рівні Е₂–Е₃ – вільні. Будь-який фотон, частота якого відповідає енергії переходу з Е₅ на Е₃ (Е=), буде стимулювати такі переходи в атомах Ne та випромінювання фотонів тих самих частот, поляризації і напрямку розповсюдження, що і вхідний фотон. Таким чином, в середовищі Ne з інверсною заселеністю рівнів відбуватиметься підсилення випромінювання частотою . Найбільше підсилюватиметься випромінювання вздовж трубки, бо воно, неодноразово відбиваючись від дзеркал, пройде в середовищі Ne найбільший шлях.

Розглянемо особливості створення інверсної залежності. За рахунок енергії високочастотного магнітного поля в трубці частина атомів Ne переходить з основного енергетичного стану Е₁ на довгоживучі рівні Е₄, Е₅. на цих рівнях створюється інверсна залежність відносно короткоживучого рівня Е₃. При зіткненні збуджених атомів Не з незбудженими атомами Ne, можлива резонансна передача енергії атомам Ne, в результаті чого незбуджений атом Ne переходить в стан Е₄, Е₅, а атом Не повертається в основний стан.

Лазерний промінь – монохроматичний, плоскополяризований, має малий кут розходження, велику часову і просторову когерентність. З допомогою лазера легко спостерігати явище дифракції світла.

Порядок виконання роботи

1. Визначення робочої довжини хвилі лазера:

• вмикаю лазер

• ставлю на шляху променя пластинки з ниткою, вимірюю відстань L від нитки до екрана та відстань l_п між центральним та n-ним (5-им) максимумом, обчислюю довжину хвилі

• знаходжу середнє значення довжини хвилі та подаю результат у стандартному вигляді

2. Знаходження положення площини поляризації лазера:

• встановлюю на шляху променя поляроїд з лімбом і фоторезистор, замикаю коло фоторезистора

• повертаючи поляроїд, за максимумом струму знаходжу кут між площиною поляризації та вертикальною площиною

3. Визначення ширини щілини:

• встановлюю на шляху променя щілину на підставці

• визначаю по шкалі на екрані положення третього мінімуму, обчислюю ширину щілини

• обчислюю похибки вимірювань, подаю результат у стандартному вигляді

1. Обчислення довжини хвилі :

L = 1,25 м d = 0,110^-3 м

, де d– товщина нитки, n-порядок максимуму, l_n - відстань від 1-го до n–го максимуму, L - відстань від нитки до екрана.

м=880нм

м=700нм

м=660нм

нм

Розрахунок похибки:

нм

 = (746  88,7)нм, _=11,8%

2. Кут між площиною поляризації і вертикальною площиною при спостереженні:

• максимального значення струму:

_max1 = 120 _max2 = 302

• мінімального значення струму:

_min1 = 33 _min2 = 210

3. Визначення ширини щілини d:

, де k - порядок мінімуму,  - довжина хвилі, L - відстань від щілини до екрану,

l_k - відстань від 1-го до k–го мінімуму.

мкм

мкм

мкм

мкм

Розрахунок похибки:

мкм

d = (186,5  0)мкм, _d=0%

Контрольні запитання

1. Вкажіть особливості роботи імпульсного лазера на рубіні.

Рубіновий лазер – значна потужність імпульсу, промінь червоний (λ=690 нм). Активними центрами в ньому є іони хрому, при подаванні імпульсів світла стають активними іони хрому, що і призводить до випромінювання оптичних квантів.

2. Перерахуйте відомі вам застосування лазерів.

При використанні когерентного лазерного випромінювання з частотою 10¹⁵ Гц інформаційний канал може вмістити біля 10¹¹ радіопрограм чи телепередач. В зв’язку з тим, що лазер може концентрувати сильну світлову енергію, його також застосовують для розрізання металів.

Задача № 628

Моно електричний пучок електронів висвічує в центрі екрану електронно-променевої трубки пляму радіуса r ≈ 10^-3 см. Користуючись співвідношенням невизначеностей, знайти, в скільки разів невизначеність Δх координати електрона на екрані в напрямку , перпендикулярному до осі трубки, менша розмірів r плями. довжина L електронно променевої трубки прийняти рівною 0,5м, а прискорюючи електрон напруга U рівна 20 кВ.

U = 20 kB

r ≈ 10^-3 см = 10^-5 м.

Відповідь: .