 |
Атомы Не и Ne могут переходить в возбужденные состояния: на уровни Е1, Е2 и т. д. для гелия и на уровни E4, E5, E6, E7 и т. д. для неона. Состояния атомов гелия с энергиями Е1, Е2 являются долгоживущими (метастабильные состояния), причем излучательный переход из этих состояний в основное запрещен. Ввиду того, что уровни E6, E7 неона имеют энергию, близкую, соответственно, к энергиям уровней Е1 и Е2 гелия, возможно дополнительнoе заселение уровней E6, E7 путем передачи возбуждения с уровней Е1, Е2.
Так как состояния с энергиями Е6 и Е7 тоже являются метастабильными, то их населенность становится больше, чем населенность короткоживущего состояния с энергией E5. То есть создаются условия возникновения вынужденного излучения на переходах E6 – E5 (инфракрасное излучение lИК = 1,15 мкм) и E7 – E5 (видимое излучение в красной области спектра lК = 632,8 нм). Уровень E5 должен опустошаться для поддержания инверсной населенности и он опустошается, если атомы отдают энергию, переходя в состояние с энергией E4. Однако уровень E4 является долгоживущим и населенность его велика, что затрудняет процесс опустошения через него уровня E5. Атомы могут переходить из состояния E4 в основное состояние E3, только теряя энергию безызлучательно (за счет соударения со стенками трубки). Поэтому, чтобы обеспечить интенсивное опустошение уровня E4 (то есть и E5), выбирают узкие трубки-капилляры (диаметр d » 7 мм), увеличивая возможность соударения атомов со стенками капилляра.
Используемый в работе гелий-неоновый лазер имеет мощность излучения порядка 2 мВт. Резонатор образован плоским и сферическим (для облегчения юстировки лазера) зеркалами.
Порядок выполнения работы
Внимание!!! Напряжение на лазерной трубке около 1500 В! Включение лазера производится только в присутствии преподавателя. Лазер со снятым кожухом включать категорически запрещается.
Перед включением лазера проследить за тем, чтобы клемма ^ («Земля») на блоке питания была заземлена.
Подключить шнур питания лазера к сетевой розетке. Перевести тумблер «сеть» на блоке питания в положение «вкл.». Через одну – две минуты нажать кнопку «поджиг» и наблюдать на экране появление светового пятна лазерного излучения (поджиг может осуществляться и автоматически).
Внимание!!! Попадание прямого лазерного излучения в глаз опасно!
1. Определение длины волны лазера
1. Установить на пути луча лазера дифракционную решетку
и измерить на достаточно удаленном экране с миллиметровой бумагой расстояния ln от середины
центрального (нулевого) дифракционного максимума право и влево до центров
максимумов первого (n= 1), второго (n= 2) и третьего (n= 3) порядков (соответственно l1, l2, l3). Найти среднее
арифметическое значение 
. Измерить расстояние
L от дифракционной решетки до экрана. Все результаты
занести в таблицу 1.
2. Из условия максимумов
интерференционной картины при дифракции на решетке в случае малых углов (sina » tga = 
):
dsina » d tga = 2n
= nl, (1)
где d – постоянная дифракционной решетки (указана на установке), находится длина волны l лазерного излучения для каждого п:
ln = 
tga = 
.
(2)
L = мм; d = мм Таблица 1
|
Порядок максимума |
n = 1 |
n = 2 |
n = 3 |
|
Расстояние от центрального максимума до максимумов последующих порядков ВПРАВО l, мм |
|||
|
Расстояние от центрального максимума до максимумов последующих порядков ВЛЕВО l, мм |
|||
|
Среднее значение |
|||
|
ln = |
|||
|
Среднее значение |
|||
3. Рассчитать среднее значение 
= 
,
найти ошибку каждого измерения Dln = ï - lnï и среднюю абсолютную ошибку измерения
D = 
.
Записать ответ в виде l = ± Dl.
2. Определение расходимости пучка лазера
1. Измерить диаметры пучка лазера D1 и D2 на двух достаточно далеко отстоящих друг от друга расстояниях (DL > 1 м), для чего установить экран с миллиметровой бумагой на пути пучка сначала на одном, а затем на другом расстоянии от лазера. При измерениях места расположения экрана лучше выбирать так, чтобы диаметры пучка были равны целому числу миллиметров. В первом приближении можно считать, что расходящийся луч лазера представляет собой конус с малым углом расходимости
Q = arctg
» . (3)
Из теории дифракции света на круглом отверстии угол, под которым получается первое темное кольцо (первый минимум дифракции) [3]
QТЕОР = 0,22
,
(4)
где а – диаметр отверстия (диаметр пучка лазера на выходе), он приводится на установке.
Этот угол принимается за теоретический угол расходимости лазерного излучения. (Заметим, однако, что формула (4) не учитывает зависимости угла расходимости от моды (типа) колебаний, от конструкционных особенностей лазера и проч.).
Для более точного экспериментального определения угла расходимости используют дополнительную линзу, что увеличивает угол расходимости лазерного пучка. Измерив полученный угол Q¢
Q¢ = 
, 
(где D1¢, D2¢, как и прежде, диаметры расходящегося пучка, DL¢ – расстояние между точками, в которых эти диаметры измеряются), можно найти угол расходимости искомого лазерного излучения по формуле:
Q = 
. 
Здесь f – фокусное расстояние линзы (указано на установке).
Все результаты занести в таблицу 2.
2. Сравнить значения Q, полученные по формулам (3), (4), (6); длина волны l берется по данным таблицы 1.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
мм
, нм.