Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
Nazwisko i imię Gotner Michał studenta:							Instytut i symbol grupy ED.3.4
Data wykonania ćwiczenia: 98.10.06		Symbol ćwiczenia: 7.1	Temat zadania: Pomiar rozkładu promieniowania w widmie dyfrakcyjnym światła pojedynczej szczeliny i szerokości tej szczeliny.
Zaliczenie:			Ocena:	Data:	Podpis

1. Wiadomości wstępne.

Istota działania lasera polega na wykorzystaniu zjawiska promieniowania wymuszonego. A. Einstein udowodnił, że promieniowanie wymuszone powinno mieć własności identyczne z własnościami promieniowania przechodzącego przez substancję i wywołującego promieniowanie wymuszone.

Powstające w wyniku przejścia atomów na niższe poziomy energetyczne pod wpływem światła, fotony mają tę samą energię, poruszają się dokładnie w tym samym kierunku, są identycznie spolaryzowane i drgają w zgodnej fazie co fotony wymuszające je. A więc zjawisko promieniowania wymuszonego polega na zwiększaniu amplitudy fali przechodzącej przez substancję nie powodując zmiany jej częstości, kierunku rozchodzenia, fazy i polaryzacji. Jest ono spójne z promieniowaniem wymuszającym.

Przy przechodzeniu promieniowania przez warstwę substancji następuje zmniejszenie natężenia światła wskutek pochłaniania. Określone jest to wzorem:

Gdzie:

α- współczynnik pochłaniania,

x- grubość warstwy ośrodka,

Io- natężenie promieniowania przy wejściu do warstwy substancji.

Jeżeli wiązka równoległa promieniowania monochromatycznego o częstości υ i natężeniu Iυ przechodzi przez warstwę o grubości dx to osłabienie natężenia wyrazi się wzorem:

Gdzie:

αυ- współczynnik pochłaniania dla danej częstości υ,

Iυ - natężenie promieniowania o częstości υ.

Współczynnik pochłaniania wyraża się wzorem:

Ze wzoru wynika, że mogą istnieć substancje, dla których α jest ujemny. Nastąpi to wtedy, gdy N2>N1, czyli uzyskamy inwersje obsadzeń. Substancja taka znajduje się w stanie niestabilnym. Podstawiając ujemną wartość za współczynnik pochłaniania α otrzymamy zwiększenie natężenia po przejściu przez warstwę ośrodka, w którym występuje inwersja obsadzeń poziomów energetycznych atomów. W ten sposób możemy uzyskać akcję laserową.

Laser helowo - neonowy należy do najczęściej stosowanych laserów w laboratoriach i pracach naukowych. Inwersja obsadzeń stanów energetycznych przez elektrony odbywa się dzięki wyładowaniu elektrycznemu w mieszaninie helu i neonu. W laserze, który był wykorzystany w ćwiczeniu, głównymi elementami są : rura wyładowcza, rezonator optyczny i zasilacz. W skład zespołu rury wyładowczej wchodzą bańka katodowa i anodowa, które stanowią osłony dla elektrod rury wyładowczej.

Dyfrakcja fali płaskiej na pojedynczej szczelinie.

Aby opisać obraz dyfrakcyjny jaki powstanie na odległym ekranie należy podzielić całą szczelinę na N równoległych do osi y szczelin. Każda taka szczelina może być uważana za prostoliniowe źródło światła spójnego. W wyniku superpozycji fal pochodzących od N takich źródeł otrzymamy na ekranie obraz dyfrakcyjny całej szczeliny symetryczny względem osi Y. Można więc ograniczyć się przy badaniu rozkładu natężenia światła tylko do osi x.

Szerokością maksimum dyfrakcyjnego nazywa się odległość na ekranie między dwoma sąsiadującymi z nimi minimami. Wynosić ona będzie:

a- szerokość szczeliny

Jak widać z powyższego wzoru szerokość maksimum dyfrakcyjnego zależy od stosunku λ/a oraz odległości r od środka szczeliny do sąsiednich prążków ciemnych na ekranie.

2. Wyniki pomiarów.

I	x		I	x		I	x		I	x
	mm			mm			mm			mm
0,078	-60	0,00039	1,2	-30	0,006	200	0	1	1,3	30	0,0065
0,079	-59	0,000395	1,3	-29	0,0065	190	1	0,95	0,65	31	0,00325
0,081	-58	0,000405	1,5	-28	0,0075	190	2	0,95	0,4	32	0,002
0,085	-57	0,000425	1,8	-27	0,009	180	3	0,9	0,29	33	0,00145
0,088	-56	0,00044	2,2	-26	0,011	180	4	0,9	0,3	34	0,0015
0,089	-55	0,000445	2,4	-25	0,012	160	5	0,8	0,36	35	0,0018
0,091	-54	0,000455	2,8	-24	0,014	150	6	0,75	0,58	36	0,0029
0,09	-53	0,00045	3,2	-23	0,016	130	7	0,65	0,86	37	0,0043
0,086	-52	0,00043	3,4	-22	0,017	95	8	0,475	1,2	38	0,006
0,089	-51	0,000445	3,3	-21	0,0165	83	9	0,415	1,3	39	0,0065
0,12	-50	0,0006	3,2	-20	0,016	62	10	0,31	1,3	40	0,0065
0,13	-49	0,00065	2,9	-19	0,0145	44	11	0,22	1,2	41	0,006
0,14	-48	0,0007	2,3	-18	0,0115	30	12	0,15	1	42	0,005
0,15	-47	0,00075	2	-17	0,01	20	13	0,1	0,76	43	0,0038
0,16	-46	0,0008	2,1	-16	0,0105	9,8	14	0,049	0,53	44	0,00265
0,17	-45	0,00085	2,7	-15	0,0135	5,5	15	0,0275	0,36	45	0,0018
0,18	-44	0,0009	3,6	-14	0,018	2,5	16	0,0125	0,23	46	0,00115
0,18	-43	0,0009	5,3	-13	0,0265	1,8	17	0,009	0,17	47	0,00085
0,21	-42	0,00105	8,7	-12	0,0435	1,1	18	0,0055	0,15	48	0,00075
0,24	-41	0,0012	14	-11	0,07	1,5	19	0,0075	0,18	49	0,0009
0,28	-40	0,0014	20	-10	0,1	2,6	20	0,013	2	50	0,01
0,29	-39	0,00145	31	-9	0,155	4	21	0,02
0,33	-38	0,00165	45	-8	0,225	5,2	22	0,026
0,34	-37	0,0017	75	-7	0,375	5,9	23	0,0295
0,36	-36	0,0018	92	-6	0,46	6,3	24	0,0315
0,41	-35	0,00205	120	-5	0,6	6,2	25	0,031
0,53	-34	0,00265	140	-4	0,7	5,7	26	0,0285
0,64	-33	0,0032	160	-3	0,8	4,6	27	0,023
0,75	-32	0,00375	180	-2	0,9	3,2	28	0,016
0,89	-31	0,00445	190	-1	0,95	2,2	29	0,011

I- natężenie prądu zależne od natężenia światła,

x- położenie fotooporu na ekranie,

Io- natężenie prądu dla x=0

Dane potrzebne do wyliczenia szerokości szczeliny a:

λ=0,6328μm

d=r=0,90

dx=36mm=0,036m

2. Rachunek błędów.

Błąd względny maksymalny pomiaru wynosi 0,25%

2

---