Лабораторная работа "Измерение длины волны излучения лазера интерференционным методом"
Введение
Цель работы: ознакомиться с принципами работы лазеров; измерить длину волны излучения лазера и сравнить спектры его индуцированного и спонтанного излучений.
Приборы и принадлежности: гелий-неоновый лазер, насадка с микрообъективом, плоскопараллельная стеклянная пластинка известной толщины и экран для визуального наблюдения интерференционной картины, установленные на оптической скамье; блок питания лазера, спектроскоп.
1. Теория метода
Лазер, или оптический квантовый генератор (ОКГ), – это устройство, преобразующее энергию различных видов (тепловую, электрическую, световую, химическую и др.) в энергию когерентного монохроматического электромагнитного излучения в оптическом диапазоне длин волн (частот). Лазеры дают излучение в виде узкого направленного луча. По сравнению с другими, некогерентными источниками света, лазеры имеют ряд преимуществ, благодаря которым широко используются для целей связи и передачи большого объёма информации, для создания голографических изображений высокого качества и др. Значительная концентрация энергии в узком луче позволяет применять лазеры для обработки особо твердых материалов, а в перспективе – для инициирования термоядерных реакций. Можно привести много и других примеров применения лазеров в научных исследованиях, технике, практической медицине. Все лазеры делятся на лазеры непрерывного и импульсного действия.
В настоящее время распространение получили следующие типы лазеров.
1. Газовые, или электроразрядные; к ним относятся лазеры, в которых используются смеси инертных газов He+Ne или He+Xe под низким давлением, а также лазеры на СО2 и другие.
2. Твердотельные, в которых рабочей средой являются стержни из синтетических рубинов, гранатов или стекол, содержащих оксиды редкоземельных металлов.
3. Полупроводниковые, например, на арсениде галлия (GaAs), в которых процессы излучения сосредоточены в области р-n перехода.
4. Жидкостные лазеры на водных или органических растворах некоторых красителей. Известны лазеры и других типов.
В лазерах любого типа обязательно наличие трех конструктивных элементов. Во-первых, устройства, снабжающего энергией рабочую среду лазера; во-вторых, собственно лазерного вещества, или активной среды, которая излучает свет; в-третьих, резонирующего устройства, усиливающего и формирующего излучение.
Физической основой действия лазера любого типа служит явление вынужденного, или индуцированного излучения, которое может происходить, если частица рабочей среды лазера (атом, молекула или ион) находится в возбуждённом состоянии, т.е. имеет избыток энергии по сравнению с энергией основного (нормального) состояния. Вынужденное излучение – это электромагнитное излучение (в частности, свет), испускаемое энергетически возбуждёнными частицами под воздействием внешнего излучения той же частоты, что и частота испускаемого излучения. Подобные явления описываются законами квантовой механики, при этом надо иметь в виду, что любое электромагнитное излучение состоит из квантов (порций), называемых также фотонами.
Энергетические процессы, происходящие в рабочей среде лазера, можно представить следующим образом. ............
