Жіпті алындыын лазерді кмегімен анытау

Жмысты масаты: Атомдарды ырыксыз суле шыару кбылысымен жэне лазердін жмыс істеу принципімен таныстыру. Жіпті калыдыьтн лазердін кмегімен аныктау.

Жмысты ысаша теориясы:Атомны ырыксыз (индукцияланан)

суле шыаруы. Atom немесе молекула ртрлі энергетикалы кйде болуы ммкін. Е тменгі дегей Еі атомнын негізгі кйіне сэйкес келеді , ал жоаргы дегейлер — козан к\'йлерге сэикес.

Квантты кшулер жасаан атом бір кйден екІнші кйге секіреді, Жоары энергетикалык денгейден Е| тменгі энергетикалы Ек ткен атом энергиясы

Hvik.=E,-EK

фотон шыарады, ал тменгі Е1 денгейден жоары Еі дегейге ткенде

Е„ Е,

Е,-Ещ =h

фотон жтады.

Фотон шыару себебіне байланысты кванттык кшуді екі трге бледІ. Егер бл кшу ішкі себептен болса, онда козан атом жоары денгейден тменгі денгейге спонтанды кшеді, ондай сэуле шыаруды спонтанды (здІгінен) суле шыару деп атайды. (1 сурет).

Спонтанды суле шыару кездейсок жэне эртрлі атомдар трлі уаытта спонтандык сэуле шыарады. Шыарылан фотондарды козалыс баыты, тербеліс фазасы, поляризациясы жне жиілІктері ртрлі болады (эртрлі денгейлер арасында кшулер болуы ммкін).

Сондыктан, фотондара сйкес толындык цугалар арасында зады байланыс болмайды (когерент емес) жэне атомдар тобы шыаратын жарыкта когерент емес, яни спонтандык сл болмайды.

озан атомны энергиясы иік =Еі-ЕК болатын сырты фотон серінен тменгі дегейге ырысыз кшуі, индукциялык немесе ырыксыз кш деп аталады.

Нтижесінде атомнан бір баытта екі бірдей фотон шыарылады: біреуі - алашкы итеруші фотон. екіншісі - сол фазадаы жне жиіліктегІ (энергиядаы) атом шыаран фотон.

Индукцияланан немесе ырыксыз сэулелер шыаратын

электромагниттік толкындар когерентті.

Атомны трлі энергетикалы дегейлерде таралуы

термодинамикалы тепе-тевдік жадайында Больцман занымен аныкталады:

(1)

мндаы Ni-Eі энергетикалы дегейдегі температурасы Т-а те атомдар саны.(і) формуласынан энергия сайын, дегейдегі атомдарды орналасу кйі, ягни сол кйдегі атомдар саны азаяды.

3 сурет

Екі дегей арасындаы кшулер саны сол дегейдегі атомдарды орналасуына пропорционал болады.

Бдандермодинамикалык тепе-тендіктегі атомдар жйесіне тсірілген жарътк толыныны жгылуы ырыксыз жарык шыарудан артык болады. Сондыктан, тсірілген толын заттан ткен кезде лсірейді.

Ырыксыз жарык шыарылу шін козан атомдар саны озбаан атомдар санынан кп болуы керек.Мндай орта инверсті орналастырылан денгейлі орта деп аталады (NE2 > NЕ1).

Атомны озан кйде болу уаытыны зактыы с, ал метастабильдік кйдегі уаыты с боландытан, метастабилдік кйлер уакытша энергия оры кызметін атарады.

Метастабильдік кйлерде атомдарды кажетті саны болуы шін оптикалы оздыргыш (накачка) керек. Рубин лазерінде оптикалык коздырыш ретінде толкын зындыы '=550 нм-ге те ксенон лампасыны жасыл жарыы колданылады.

Бл жарык шыару хром иондарын негізгі кйден козан кйге кшІреді. Кптеген атомдар бірден негізгі кйге Е, туді орнына жарык шыармастан Ет метастабильдік дегейге теді. Тшкі жарык шыаруды туызу шін рубинге сйкес кванттармен и" = Е2-Е1 = 694.3 нм сер ету керек, сонда метастабильдік кйдегі энергия квант трінде шыарылады.

Рубин кристалынан жасалан стерженьге орнатылан екі параллель айнадан кп рет шаылан фотондар жрген жолында метастабильдік денгейдегі жаа фотондарды тсіреді, соны серінен лазер сулесінін куаты артады.

Айнаны біреуі арылы баытгалан фотондар аыны лазер сулесі -жіішке параллель жары шоы ретінде сырта таралады. Лазер жарыы монохроматты, полялизацияланан жэне когеретті жарьтк.

Жіппен дифракииялану млдір емес экран саылауынан дифракциялануа ксас. Дифракциялы максимумны орны мына формуламен беріледІ

sin = /а(k-1/2) (2)

мндаы a - саылауды ені.

- лазер жарыыны толын зындыы,

к - 1,2,3,..., - нлінші максимумны брыштык орналасуын анытау аркылы жне шыарылан жарыты толын зындыын бІле

отырып, экрандаы саылауды енІн табуа, яни жіпті альщдыын (2) формуласы бойынша табуа болады.

a = (k-l/2)/sin k(3)

Лшеулер

Лазерді жмыса косыдар

Жіп орнатылган стаышты лазер жарыыны жолына. сэулелердін ортасына орналастырыдар.

1. Жіп пен экрана дейінгі аракашыктыкты жне нлінші максимумнан бірінші максимума дейінгі аракашытыты лшедер.

 

 

Брыш кішкентай боландытан, sin = ОМ/ ON

Жіптін экранмен салыстырандаы орнын згерту арылы ON мен ОМ-ді

5-6 рет лшедер.

2. лшенген шамаларды жэне есептеулердІ 1- ші кестеге жазыдар.

3. (3) формуланы пайдаланып, жіпті алыдыын табыдар.

1 кесте

N ON ОМ Sin аі <a> да E,%
               

Баылау сратары:

1. Спонтанды суле шыару дегеніміз не?

2. Индукцияланан суле шыару деп нені айтамыз?

3. Когерент жары шыаруды кшейту жне генерациялау шін не

кажет?

Лазер неге когерент сулелер шыады? Рубин лазеріні жмыс принципі кандай?

4. Инверсті орналасан ортаны алай алуа болады?

5. Бір саылаудан болатын дифракциялы максимумдар мен
минимумдарды формуласын жазыдар?