5020058901

Ćwiczenie.54

Sprawdzanie działania interferometru Michelsona Wyznaczanie długości fali światła łasera półprzewodnikowego

I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania

1.    Fale świetlne, foton.

2.    Zjawisko interferencji, spójność fal świetlnych.

3.    Zasada działania lasera.

4.    Budowa interferometru Michelsona.

II. Wprowadzenie

Światło emitowane przez źródła naturalne jak gwiazdy, rozgrzane ciała stałe, oraz źródła sztuczne z wyjątkiem laserów, stanowi zawsze strumień fotonów poruszających się niezależnie od siebie. Fazy, częstotliwość, kierunki rozchodzenia się i kierunki polaryzacji poszczególnych fotonów są przypadkowe i zupełnie niezależne od tych parametrów charakteryzujących inne fotony. Światło takie nazywa się światłem niespójnym. Jednakże światło jest falą i jako fala pozwala na obserwację zjawiska interferencji, chociaż interferencja dwóch niespójnych wiązek światła jest niemożliwa. Interferować mogą jedynie fale spójne.

Jedynym źródłem światła dającym światło spójne nawet o bardzo dużym natężeniu jest laser. Aby zrozumieć zasadę działania lasera trzeba poznać podstawowe zjawiska dotyczące emisji i absorpcji światła przez atomy.

Absorpcja fotonu padającego na atom

W wyniku pochłonięcia energii niesionej przez foton jeden z elektronów w atomie może przeskoczyć na wyższy poziom energetyczny. Atom przechodzi z niższego stanu energetycznego £j do wyższego E₂ . Warunkiem zajścia tego zjawiska jest, aby energia fotonu była odpowiednio „dopasowana” do układu poziomów energetycznych atomu tzn.:

hf = E₁-E_l

gdzie: h - stała Plancka (/*= 6,626-10^-34 J • s),

/- częstotliwość fali świetlnej.

Zjawisko to można przedstawić schematycznie w następujący sposób:

h-f

atom

w stanie E,

atom

w stanie E_}>Ej

Emisja spontaniczna

O    _2

Atom wzbudzony po pewnym czasie (od ~ 10 sdolO s) emituje foton hf: Emisja wymuszona

Jeśli na atom wzbudzony padnie foton spełniający warunek energetyczny zasygnalizowany w punkcie 1, to może zainicjować emisję fotonu przez atom:

l