Лабораторная работа № 5 (508) «Оптический квантовый генератор» Цель работы: ознакомление с принципом действия гелий-неонового оптического квантового генератора (ОКГ) и изучение некоторых характеристик лазерного излучения. ℓ′1 ℓ′2 Схема установки E 2s 1s He ℓ2 3p 2s φ1 ℓ1 5s r Ne Рис. 2 Рис.1 Энергетическая диаграмма для Не-Nе лазера 8 7 4 6 5 3 2 1 Рис. 3 Описание установки Установка, на которой выполняется данная работа, схематически представлена на рис.3. Газовый Не-Nе лазер ЛГ-78 (2) установлен на оптической скамье (3), на которой имеется продольная линейная шкала (4). Блок питания лазера (1) расположен отдельно. В рейтере (5) закреплена дифракционная решётка (6), а в рейтере (7) – поперечная линейная шкала (8). Внимание! Необходимо соблюдать следующие требования охраны труда: 1. Разряд лазера поддерживается постоянным напряжением порядка 1500 В, поэтому нужна особая осторожность в обращении с проводниками электрического питания лазера. 2. Не допускайте прямого попадания в глаза лучей лазера. 3. Включение лазера производит лаборант или преподаватель! ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Снимите рейтер (5), в котором укреплена дифракционная решетка (6), с оптической скамьи (3), чтобы в начале работы на оптической скамье оставались лишь лазер (2) и рейтер (7) с поперечной линейной шкалой (8). Положения лазера и рейтера (7) на оптической скамье в процессе выполнения работы остаются неизменными. 2. Включите лазер с помощью лаборанта или преподавателя. 3. Проверьте, попадает ли лазерный луч на нулевую отметку поперечной линейной шкалы (8). 4. Установите рейтер (5) с дифракционной решёткой (6) на оптическую скамью между лазером (2) и поперечной шалой (8). На шкале появится спектр генерируемого лазером излучения. По продольной линейной шкале (4) оптической скамьи (3) измерьте расстояние r между поперечной шкалой (8) и дифракционной решёткой (6). Результат запишите в таблицу. 5. По поперечной шкале (8) измерьте расстояние l1 между нулевой отметкой шкалы и максимумом первого порядка (левым и правым). Среднее от наблюдаемых значений l1 и l1′ запишите в таблицу. Аналогичные измерения проведите для максимумов второго – пятого порядков. 6. Сместите рейтер (5) с дифракционной решеткой вдоль оптической скамьи на 15-20 см и повторите измерения в соответствии с пунктами 4-5 для нового положения дифракционной решетки. Полученные результаты запишите в таблицу. 7. Выключите установку (с помощью лаборанта). ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 1. Определите углы дифракции (см. рис.2) по формуле: l . r 2. Так как направления на главные максимумы дифракционной картины на шкале (8) определяются по формуле d sin k , где: k - порядок спектра; k = 0, 1, 2 …; d - период используемой в работе решётки; d = 0,01 мм; - угол дифракции; - длина волны излучения, то, выразив из этого соотношения , получите расчётную формулу для данной работы. 3. Используя полученные значения углов дифракции , вычислите длину волны для каждого порядка дифракционной картины и полученные результаты запишите в таблицу. 4. Определите среднее значение длины волны < > индуцированного излучения используемого в работе лазера. Используя это значение длины волны < > и соотношение Планка, вычислите значение энергии ΔE , соответствующее переходу 5s3p для атомов Ne, дающему непрерывное вынужденное излучение (широкая стрелка на рис.1) ΔE h , c где . Полученные результаты запишите в таблицу. tg d, мм I 0,01 II r, мм k 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 l, мм tg sin , м < > , м h, c 3,00·108 м/с №№ опыта 6,63·10-34 Дж·с Таблица ΔE , Дж
