Національний університет „Львівська Політехніка” Кафедра фізики Лабораторна робота № 13 „Гелій-неоновий квантовий генератор” Львів 2009 Мета роботи - ознайомитись з роботою гелій-неонового квантового генератора і визначення довжини хвилі його випромінювання. І Прилади та обладнання: І. Газовий оптичний квантовий генератор типу ЛГ-56 і джерело збудження. 2. Мікрооб'єктив з екраном. 3. Плоско-паралельна пластина. 4. Дифракційна гратка. Теоретичний вступ Робота квантових генераторів і підсилювачів ґрунтується на принципі вимушеного випромінювання речовиною електромагнітних хвиль. Підсилення і генерація випромінювання може спостерігатися, якщо створити в речовині інверсну населеність, при якій число атомів у збудженому стані більше ніж в основному стані. Основним елементом Не-Ne газового лазера є розрядка трубка, в якій знаходиться суміш гелію і неону при тиску 1 мм рт. ст. і 0,1 мм рт. ст. відповідно. На рис. 1 показано схему енергетичних рівнів двокомпонентної суміші гелію і неону. рис. 1 Ця система має близько 30 дозволених правилами відбору переходів з рівня 4 на рівень 3 атоми Ne. Рівень 4 складається з чотирьох, а рівень 3 з десяти підрівнів. Інверсна заселеність 4 рівня Ne досягається електричним розрядом. Електронний потік, що виникає у суміші газів від дії розряду при зіткненнях з атомами Ne переводить їх на у енергетичний стан, який є близьким до рівня 4 атомів Ne. Внаслідок не пружних зіткнень між атомами Ne, що знаходяться в основному стані із збудженими атомами Ne, відбувається збудження атомів Ne на 4 рівень. Завдання 1 Висока ступінь монохроматичності, що випромінюється лазером, дозволяє спостерігати інтерференційні смуги рівного нахилу при великій різниці ходу. Для цього використовують світловий потік, який одержують за допомогою мікрооб'єктива (рис. 2) і направляють на скляну плоско паралельну пластину. Промені відбиті від попередньої і задньої граней плоско паралельної пластини, мають інтерференційні смуги рівного нахилу у вигляді концентричних кіл на екрані Е. В умовах даного експерименту кути ік малі, тому sin ік ~ ік і рівняння можна записати

рис. 2 Порядок виконання видання 1. Включити лазер, прогріти 5 хв. 2. На віддалі 50...70 см під вихідного вікна лазера встановити плоскопаралельну скляну пластинку. Обертаючи її навколо вертикальної і горизонтальної осей домогтися, щоб кут падіння промення на плоскопаралельну пластинку дорівнював нулю. 3. На віддалі 10...20 см від вихідного вікна лазера встановити (міккрооб'єктив О на якому закріплений круглий екран Е, як показано на рис. 3. рис. 3 4. На екрані Е повинні з'явитися смуги рівного нахилу у виді концентричних кіл. Якщо необхідно, проведіть додаткове тестування об'єктива О плоскопаралельної пластини. 5. За допомогою циркуля виміряти радіуси 5...6 темних. 6. Виміряти відстань від площини екрана Е до поверхні скляної пластини, товщина плоскопаралельної пластини дорівнює 21,5мм, показник заломлення скла прийняти рівним n = 1,5. 7. Підрахувати rr k і побудувати на міліметровому папері графіки залежності rr k від номера кола к. 8. Знайти довжину хвилі випромінювання. Завдання 2 Спостереження дифракції лазерного випромінювання на гратці і випромінювання постійної ґратки. Підготовка установки і порядок роботи 1. Зняти з оптичної лави екрана з об’єктивом і плоскопаралельну пластинку. 2. На відстані 25...30 см від вихідного вікна лазера встановити дифракційну гратку (рис. 4) таким чином, щоб промінь лазера проходив через її центр. рис. 4 На екрані появлляться ряд дифракційних максимумів. 3. Виміряти відстань l від ґратки до екрана і відстань між максимумом нульового порядку і 1, 2, 3, 4-м дифракційним максимумом. 4. Визначити постійну дифракційної ґратки. I Таблиця 1
, мм 








   6 36 9 81 12 144 15 225 17 289   
Таблиця2 № 
,mm R,м d,м 
0 

0 ᵟ
0  1 45  0,4384  0,0215 605*10-9м 11*10-9м  1,3%  2 54   615*10-9м 1*10-9м   3 63   628*10-9м 12*10-9м   сер 54   616*10-9м 8*10-9м     n=1.5 d=21.5 мм=0,0215 R=43 см=0,43

Результати обчислень:
1=605*10-9м
2=615*10-9м
3=628*10-9м
сер=616*10-9м

1=11*10-6м

2=1*10-9м ᵟ
0=1,3%

3=12*10-9м

сер=8*10-9м II № L,mm ∆l,mm m rm,mm d,mm *10-9 ∆d,mm *10-9 ᵟd,%   1 205 1,5 1 14 9,225 0,084  0,9  2 204 0,5 2 28 9,049 0,128   3 201 2,5 3 42 9,196 0,075   4 204 0,5 4 54 9,214 0,054   сер 203,5 1,25 ***** 34,5 9,171 0,085     
Результати обчислень: d1=9,225*10-9m d2=9,049*10-9m d3=9,196*10-9m d4=9,214*10-9m dсер=9,171*10-9м ᵟd=0,9% ВИСНОВОК: На даній лабораторній роботі я ознайомився з роботою гелій-неонового квантового генератора і визначив довжину хвилі його випроміювання.