skanuj0146

290

staliczne (rubinowy, neodymowy), gazowe (helowo-neonowy), lasery barwnikowe (roztwory silnie fluoryzującego barwnika, np. rodaminy) i półprzewodnikowe.

2. Metoda pomiaru

Jako źródło światła w ćwiczeniu stosowany jest laser gazowy lub półprzewodnikowy.

2.1. Opis i zasada działania lasera helowo-neonowego

Schemat lasera gazowego helowo-neonowego (He-Ne) przedstawiony jest na rys.4. Podstawową częścią lasera jest rura ze szkła kwarcowego wypełniona

mieszaniną helu i neonu w proporcji 10:1.

Z;    He-Ne    Zi (pólprzepuszczalne)

zasilacz

Rys.4. Schemat lasera He-Ne

Za pomocą generatora wielkiej częstości w rurze wywoływane są wyładowania elektryczne. Rozpędzane podczas wyładowań elektrony zderzają się z atomami, głównie He i wzbudzają je do wyższych, meta-trwałych (tj. długożyjących) poziomów energetycznych 2³S i 2‘S (rys.5). Z kolei te atomy He zderzając się z atomami Ne przekazują im energię i wzbudzają do stanów 3S i 2S. Są to stany metatrwałe i przy odpowiednio intensywnym pompowaniu uzyskuje się inwersję obsadzeń tych poziomów 3S i 2S Ne względem poziomów 2P Ne (symbolicznie zaznaczone na rys.5 pojedynczą linią stany 3S, 2S i 2P są w rzeczywistości układami stanów). Emisja wymuszona kwantów promieniowania o częstotliwościach v\ (Zi = 632,8 nm) i vi (promieniowanie z zakresu podczerwieni) zachodzi odpowiednio pomiędzy poziomami 3S i 2P oraz 2S i 2P. Po akcji laserowej atomy Ne w procesach: emisji spontanicznej oraz zderzeń ze ściankami rurki, przechodzą do stanu podstawowego.

Laser gazowy działa w sposób ciągły, a stosując odpowiednie zwierciadła można wyeliminować promieniowanie o częstości vi z obszaru podczerwieni.

hel

[zderzeń ia He-Ne)

3S 632,8 nm

MW

- 2P

2 S ~2³S

wzbudzanie przez zderzenia z . elektronami >

Rys.5. Poziomy energetyczne w He i Ne

Polaryzację światła laserowego w płaszczyźnie rysunku uzyskuje się przez zamknięcie rury okienkami nachylonymi do osi rury pod kątem Brewstera. Tylko światło spolaryzowane przechodzi przez okienko i ulega wielokrotnemu odbiciu od zwierciadeł rezonatora. Zwierciadła te, jedno wklęsłe Z\, a drugie płaskie półprzepuszczalne Zi, umieszczone są od siebie w odległości równej całkowitej wielokrotności długości fali, aby mogła pomiędzy nimi powstać fala stojąca.

2.2.    Zasada działania lasera półprzewodnikowego

Lasery półprzewodnikowe, to odpowiednio sporządzone diody półprzewodnikowe, których zasadniczym elementem jest złącze p-n (więcej na temat złącza p-n znajdziesz w instrukcji do ćw.18, a samego lasera - w Uzupełnieniu). Poprzez wstrzykiwanie nośników ładunku do obszaru złącza uzyskuje się inwersję obsadzeń, zaś rekombinacji elektronów i dziur w tym obszarze towarzyszy emisja fotonów. W laserze emisja wymuszona dominuje nad spontaniczną i diodę opuszcza monochromatyczne, spolaryzowane światło spójne.

2.3.    Metoda wyznaczania szerokości szczeliny a z obserwacji dyfrakcji światła na pojedynczej szczelinie

W doświadczeniu z dyfrakcją światła na jednej szczelinie (rys.l oraz rys.6), oznaczmy odległość szczeliny od ekranu przez L, a odległość punktu P na ekranie od środka ekranu O przez y. Jeśli spełniony jest warunek, że L» a{a-szerokość szczeliny), to wówczas możemy różnicę dróg optycznych 8 dla pro-

ii