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 _к

Рассмотрим определение _к для 1 – го порядка. Для ОАС (рис. 3)

С небольшой погрешностью можно считать , что , т.к. углы малы. Отсюда

в общем виде:

2. 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 и

3

Зеркало

спользуется смесь гелия с неоном.

2

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



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.

hν

hν

h

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.