8. Наставление по обработке результатов и выводу формул

1. Определить максимальное показание милливольтметра.

2. Построить график зависимости отношения напряжения при данном угле поворота анализатора к максимальному показанию милливольтметра. как функцию угла φ.

3. На том же графике отложить значения Проверить выполнение закона Малюса:

4. Определить максимальное J_max и минимальное J_min значения освещенности фотодиода в условных единицах по показаниям милливольтметра. Вычислить степень поляризации луча, падающего на анализатор

5. Вычислить показатель преломления стекла, из которого изготовлено зеркало, укрепленное на поворотном столике

n = tgφ.

6. Оценить погрешность измерения показателя преломления стекла.

9. Контрольные вопросы

1. В чем состоит отличие поляризованного света от естественного?

2. Какой физический смысл имеет абсолютный показатель преломления среды?

3. Сформулируйте закон Малюса.

4. Сформулируйте закон Брюстера.

5. В чем заключается явление двойного лучепреломления?

Работа 73. Ознакомление с работой газового лазера

1. Цель работы

Изучение свойств излучения газового лазера.

Измерение длины волны и степени поляризации излучения газового лазера.

2. Краткая теория исследуемого явления

Рассмотрим систему атомов, которые могут находиться в двух состояниях с разными энергиями Е₁ и Е₂ . В такой системе возможны два типа переходов. Переход электронов из нижнего состояния в верхнее требует энергии Е=Е₂ – Е₁ (рис. 1, а). Такой переход может произойти только, если атом в результате взаимодействия с другой частицей получит необходимую энергию. Этот процесс называется поглощением.

Рис.1.

Переход из верхнего состояния в нижнее не требует затраты энергии. Он может произойти двумя способами: а) самопроизвольно (спонтанно), при этом освободившаяся энергия выделяется в виде фотона (рис. 1,б); вынужденно, т.е. в результате столкновения с другой частицей (фотоном, электроном и др.), при этом энергия либо выделяется в виде фотона, либо переходит в энергию частицы, участвовавшей в столкновении (рис. 1,в).

Для того, чтобы вынужденный переход произошел под действием фотона, частота этого фотона должна удовлетворять резонансному условию:

h=Е₂ – Е_1.

В результате такого стимулированного перехода выделяется второй фотон, неотличимый от первого, т.е. с той же частотой, с той же фазой, с тем же направлением движения и той же поляризацией. Это явление можно использовать для усиления электромагнитного излучения.

При тепловом равновесии число атомов газа N_1, имеющих меньшее значение энергии Е₁ (N₁ называют населенностью уровня Е₁), всегда больше, чем число атомов N₂, имеющих большую Е₂.

Рассматривая условия равновесия квантовой системы с полем излучения, Эйнштейн установил, что вероятности стимулированных переходов и равны. При тепловом равновесии всегда N₂ < N₁. Следовательно, газ в состоянии теплового равновесия сильнее поглощает свет, чем усиливает его. При прохождении направленного луча через среду, находящуюся в состоянии теплового равновесия, интенсивность света убывает по закону , где х – путь, пройденный светом в среде, – коэффициент поглощения света данной частоты.

Чтобы заставить среду усиливать свет, нужно создать такое распределение атомов по состояниям, при котором N₂ > N₁. Такую среду называют средой с инверсной (обратной) населенностью уровней или активной средой.

Если через среду с инверсной населенностью уровней Е_n и Е_m проходит свет частотой

, (1)

то он будет усиливаться по закону

I = I₀ e^{ x} , (2)

где  – коэффициент усиления. Достижимый коэффициент квантового усиления имеет порядок м^-1.

Прибор, в котором реализуется эффект усиления света, называется лазером или оптическим квантовым генератором (ОКГ).