1. Teoria i opis doświadczenia

a) Spontaniczna i wymuszona emisja fotonów

Stan wzbudzenia atomu jest następstwem absorcii energii promieniowania elektromagnetycznego lub energii termicznej. Jeżeli elektrony atomów wzbudzonych powracają do stanów o energii niższej, wtedy energia odpowiadająca różnicy odpowiednich poziomów jest emitowana w postaci fotonów. Jeżeli przejście elektronów jest samorzutne, wówczas mówimy, że emisja jest spontaniczna. Ten rodzaj emisji ma charakter nieuporządkowany, świecenie poszczególnych atomów jest przypadkowe, emitowane fale elektromagnetyczne mają różną polaryzację, natężenia, kierunek propagacji. Światło emitowane przez klasyczne źródła światła jak świeczka czy żarówka ma charakter spontaniczny, źródła takie nazywamy termicznymi.

b) Laser helowo -neonowy

Laser helowo - neonowy emituje w sposób ciągły wiązkę światła spójnego. Ośrodkiem czynnym jest mieszanina helu i neonu. Atomy tej mieszaniny wzbudzone są w wyniku wyładowań elektrycznych tak, aby otrzymać inwersję obsadzeń. Bardzo ważną rolę odgrywają nie sprężyste zderzenia elektronów z atomami zwane zderzeniami pierwszego rodzaju.

c) Światłowód cylindryczny

Światłowód jest to struktura przeznaczona do kierunkowego przesyłania fal z zakresu widzialnego i bliskiej podczerwieni. W telekomunikacji znalazły zastosowanie światłowody ze szkła kwarcowego, przenoszące światło o długościach fal od 0,4 do 1,7 μm są one przeznaczone do przesyłania promieniowania podczerwonego ze względu na mniejsze tłumienia (minimum tłumienia w zakresie od 0,8 do 0,9 μm i około 1,35 μm)

Światłowód taki wykonany jest w postaci cylindrycznego rdzenia ze współosiowym płaszczem. Energia sygnału przesyłana jest za pomocą rdzenia, ale jednocześnie warunki propagacji zależą od własności płaszcza, stanowi on też ochronę rdzenia . Najprostszy opis przesyłania światła przez światłowód znajduje wytłumaczenie w ramach optyki geometrycznej. Propagację płaskiej fali elektromagnetycznej opisuje się za pomocą prostoliniowych promieni prostopadłych do płaszczyzny stałej fazy.

2.rozkład natężenia wiązki światła laserowego

Wykres wartości napięcia V w funkcji współrzędnych światłowodu x i y znajduje się dołączonej kartce.

Funkcję o postaci :

V(x)=V*exp[-B(x-x)^2]

Gdzie :

1

V = ———

2πδ

1

B = ———

2δ^2

x - współrzędną światłowodu, przy których otrzymano maksymalne napięcie (dla współrzędnych osi X jest maksymalna przy 16,21 μm i osiąga wartość 979 V.

zlogarytmowano i otrzymano :

ln V(x) = A - B( x - x )^2

Sprawdzamy czy opisana wyżej funkcja opisuje otrzymane wyniki w czasie doświadczenia

ο

δ = ——

2

gdzie: o - jest to odległość pomiędzy punktami dla których wartość napięciaosiąga

Vmax

wartość: ———

e^2

Vmax 979 V

——— = ——— = 132 V

e^2 e^2

Są to odpowiednio 16,74 μm i 15,82 μm

16,74 - 15,82 = 0,92

o = 0,92 μm

o 0,92

δ =——— = ———— = 0,46 μm

• 2

Następnie podstawiamy do A oraz B i w zależności od ( x - x )^2 i sporządzamy

Wykres ln(Vx/Vo) w funkcji ( x - x )^2.

X - dla osi wynosi: 16,21 μm

LnA = 1,0647

B = 2,36

Ln(Vx) = lnA - b ( x - x )^2

Wartości x i ln(Vx) przedstawia tabelka

L (μm)	16,11	16,01	15,91	15,81	15,71	15,61	15,51
(x -x )^2	0,01	0,04	0,09	0,16	0,25	0,36	0,49
LnVx	1,041	0,969	0,8504	0,683	0,469	0,207	0,102

Parametry A i B otrzymane z metody najmniejszej sumy kwadratów wynoszą:

A = 1,06427 +- 0,00026

B = -2,38026 +- 0,00135

Wyniki te są prawie identyczne z wynikami otrzymanymi doświadczalnie.

Parametr δ obliczamy ze zależności :

1

B = ———

2δ^2

1

δ = √ —— = 0,45

2B

M

Oś X				Oś Y
N.p	Odległość	Napięcie		N.p	Odległość	Napięcie
1	17,1	001		1	14,25		000
2	16,91	021		2	14,15		003
3	16,81	057		3	14,05		028
4	16,71	156		4	13,95		089
5	16,61	325		5	13,85		209
6	16,51	506		6	13,75		410
7	16,41	784		7	13,65		660
8	16,31	944		8	13,55		843
9	16,21	979		9	13,45		990
10	16,11	791		10	13,35		890
11	16,01	550		11	13,25		705
12	15,91	304		12	13,15		426
13	15,81	138		13	13,05		245
14	15,71	037		14	12,95		079
15	15,61	013		15	12,85		034
16	15,51	001		16	12,75		006
17	15,41	000		17	12,65		001

Dla lasera osi x

Umax=979V

Umax

——— = 132,5V

e

---