I INF	Karolina Piskorska	18.05.2015r.
Ćw.23	Wyznaczanie rozmiarów przeszkód za pomocą lasera półprzewodnikowego	Ocena:

1. Wstęp

L.A.S.E.R – Light Amplification by Stimulation Emision of Radiation, czyli wzmocnienie światła wskutek zjawiska emisji wymuszonej. Już sama nazwa mówi nam bardzo wiele na temat zasady działania tegoż urządzenia. Cała konstrukcja opiera się na absorpcji i emisji promieniowania przez atomy znajdujące się w ośrodku laserującym. Układy atomowe znajdują się w określonych stanach kwantowych, charakteryzujących się dyskretnymi wartościami energii. Mogą one zmieniać swoje poziomy energetyczne w zależności od tego czy przyjmują energię z zewnątrz, czy oddają do otoczenia. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z przejściem absorpcyjnym w wyniku czego poziom energetyczny układu wzrasta. W drugim przypadku dochodzi do emisji energii i poziom energetyczny maleje. Ilość energii która jest przyjmowana bądź oddawana wynika z równania Bohra i jest równa różnicy między poziomami przejścia.

Emisja spontaniczna jest to takie zjawisko w wyniku którego układ atomowy oddaje energię w sposób bezładny i chaotyczny. Wynika to z tego, że atomy w przyrodzie mają tendencję do znajdywania się na niższych poziomach energetycznych, dlatego po doprowadzaniu do nich energii mniejszej niż energia potrzebna do przejścia między poziomami, wracają na swoje miejsce emitując przy tym fotony. Takie zjawisko możemy zaobserwować w żarówce.

Emisja wymuszona może zajść tylko w układach, gdzie atomy wzbudzone są w większości w stosunku do atomów ‘zwykłych’. Polega to na tym, że atom wzbudzony jest uderzany kwantem energii równej co do wartości energii potrzebnej do przejścia między kolejnymi poziomami. W wyniku tego zdarzenia, atom wraca do stanu podstawowego, jednocześnie emitując foton o energii równej fotonowi uderzającemu. Otrzymujemy w ten sposób dwa fotony, które powielają opisane tutaj zjawisko. Należy pamiętać, że częstotliwość promieniowania pochodzącego od emisji wymuszonej jest identyczna z częstotliwością promieniowania wymuszającego, a ich fazy są ściśle ze sobą powiązane. Poza tym emisja wymuszona odbywa się w tym samym kierunku, w którym porusza się kwant oddziałujący z atomem wzbudzonym. Ta właśnie zgodność częstotliwości, fazy i kierunku rozchodzenia się promieniowania wymuszonego z wymuszającym determinuje zasadniczą właściwość światła laserowego, a mianowicie jego spójność. Do wystąpienia akcji laserowej potrzeba, aby przeważająca część atomów w układzie znajdowała się w stanie wzbudzonym. Jest to problemem ze względu na budowę energetyczną materii, gdyż atomy mają tendencję do absorbowania energii i nieznaczna ich część jest zdolna do emisji wymuszonej. Problem ten nasila się, gdy przechodzimy na wyższe poziomy, gdyż atomów zdolnych do współpracy jest coraz mniej. Dlatego należy dokonać inwersji obsadzeń, czyli odwrócenia tego stanu rzeczy.

W celu dokonania inwersji należy ośrodek laserowy doprowadzić do stanu wzbudzonego przed zainicjowaniem akcji laserowej. Taką metodę nazywamy pompowaniem. Głównie chodzi o to, żeby w momencie wprowadzania do układu wzbudzonego fotonu o energii równej energii potrzebnej do przejścia między poziomami, cała akcja przebiegła możliwie jak najbardziej efektywnie. Nie potrzeba wtedy wydatkować dodatkowej energii na wzbudzanie gdyż taki stan już jest osiągnięty. Możemy zwiększyć skuteczność całej operacji, poprzez umieszczenie całego układu w rezonatorze, czyli między dwoma zwierciadłami. Wystarczy pojawienie się w rezonatorze, poruszającego się równolegle do osi jego osi, fotonu o częstotliwości odpowiadającej przejściu laserowemu, by rozpoczął się proces lawinowego narastania promieniowania wymuszonego. Foton taki powoduje emisję stymulowaną w napotkanych atomach wzbudzonych, a powstały przy tym promień, odbijając się bardzo wiele razy od przeciwległych zwierciadeł, oddziałuje z nowymi atomami wzbudzonymi, wymuszając coraz więcej aktów emisyjnych i wyzwalając w rezultacie wiązkę światła laserowego.

Schemat zestawu (przyrządów):

Przykładowe ugięcie wiązki laserowej na szczelinach siatki dyfrakcyjnej:

Opis przebiegu doświadczenia:

Zadaniem było wyznaczyć wielkość stałej siatki dyfrakcyjnej za pomocą światła laserowego o znanej nam długości fali , szerokości szczeliny oraz średnicy cienkiego drutu. Przedmioty zostały kolejno montowane w uchwycie przyrządu. Przeprowadzane pomiary dokonano dla trzech odległości przedmiotów od ekranu. W tabeli zapisano wyniki pomiarów dla rzędów widma które widoczne były na ekranie. Pomiary były wykonywane dla trzech widm. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli.

Wnioski:

Uważam, że cel ćwiczenia, czyli wyznaczenie średnicy drutu, szerokości szeczeliny i stałej siatki dyfrakcyjnej został osiągnięty. Podczas wykonywania doświadczenia, występują liczne niepewności, które mogą być związane, z powodu niedokładności ustawienia przyrządów, wstrząsów zewnętrznym, błędnego odczytania z urządzenia lub złego zaokrąglenia wyników.