4 Контрольные вопросы

4.1 Что представляют собой линейчатые спектры? При каких условиях они получаются?

4.2 Как формулируются постулаты Бора?

4.3 Как записывается формула Бальмера-Ридберга? Какой физический смысл имеют входящие в нее величины?

4.4 Как выглядит энергетическая диаграмма атома водорода и процессы поглощения и испускания квантов электромагнитного излучения?

4.5 Как образуются спектральные серии? В каком случае длины волн излучения больше? В каком случае энергия фотона больше?

4.6 К какой серии относятся линии, наблюдаемые в данной лабораторной установке?

4.7 Каково назначение основных узлов монохроматора?

4.8 Как определяется длина волны спектральных линий в спектре излучения неона с помощью монохроматора?

4.9 Для чего нужно градуировать монохроматор?

4.10 Что называется дисперсией света и где происходит дисперсия света в данной лабораторной установке?

Лабораторная работа № 4 Изучение работы газового лазера и определение длины волны его излучения

Цель и задачи работы: Изучение принципа работы оптического квантового генератора (лазера). Определение длины волны лазерного излучения с помощью дифракционной решетки и определение размеров мелких круговых частиц по дифракционной картине лазерного пучка.

1 Общие сведения

В настоящее время лазеры находят широкое применение в различных областях народного хозяйства: астрономии, технике, медицине, сельском хозяйстве.

Излучение лазеров может иметь различные длины волн от инфракрасного до ультрафиолетового. Лазерное излучение монохроматическое, т.е. одной длины волны. Наибольшее распространение получили гелий-неоновые лазеры, так как испускаемые ими красные лучи оказывают стимулирующее действие на растительные и животные клетки. Кроме того, гелий-неоновые лазеры применяются в волоконной оптике для создания медицинской диагностической аппаратуры.

Все лазеры обязательно имеют три основных компонента:

1) активную среду, в которой создаются состояния с инверсией населенностей; 2) систему накачки (устройство для создания инверсии в активной среде); 3) оптический резонатор (устройство, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок).

Первым твердотельным лазером (1960, США), работающим в видимой области спектра (длина волны излучения 0,6943 мкм), был рубиновый лазер. В нем инверсная населенность уровней осуществляется по трехуровневой схеме, предложенной нашими российскими учеными академиками Басовым Н.Г. и Прохоровым А.М. Первым газовым лазером был лазер на смеси газов неона и гелия (красный луч  = 0,6328 мкм).

Индуцированное излучение газового лазера является высококогерентным, монохроматическим, плоскополяризованным, узконаправленным и обладает большой мощностью (в зависимости от типа лазера). КПД лазеров колеблется в широких пределах – от 0,01 % (для гелий-неонового лазера) до 75% (для лазера на стекле с неодимом). Выходная мощность гелий-неонового лазера в непрерывном режиме обычно составляет от десяти до нескольких сот милливатт. В непрерывном режиме инфракрасный лазер на СО₂ может генерировать до 10 кВт, а аргоновый лазер в видимой области до ~ 1 кВт. В импульсном режиме мощность этих лазеров может составлять несколько сот киловатт.