Вимірювання та обробка результатів. Принципова схема вимірювальної установки представлена на рис

Принципова схема вимірювальної установки представлена на рис. 7.5. На цій схемі С - стабілізатор струму, призначений для живлення лазеру типу ЛГН-109; Ф - фотоприймач у вигляді фотоелемента, підключеного до індикатора I. Перед фотоприймачем розташовується діафрагма Д з отвором, діаметр якого не перевищує 1мм. Фотоприймач з діафрагмою закріплений на пристрої П, який за допомогою двох мікроскопічних гвинтів М може переміщатися у вертикальному і горизонтальному напрямках.

Розрядна трубка з дзеркалами оптичного резонатора, зображені на рис. 7.1, знаходяться в газовому лазері ЛГН-109 в захисному металевому кожусі, який має отвір для вентиляції. Вихід лазерного пучка здійснюється із сторони частково прозорого плоского дзеркала 5.

Електронний стабілізатор струму призначений для живлення розрядної трубки. На передній планці цього приладу розміщений: кіловольтметр, міліамперметр, які виміряють відповідно високу напругу і розрядний струм на розрядній трубці; регулятор напруги; кнопка "Поджиг"; два тумблери "СЕТЬ" і "высокое напряжение"; дві неонові лампочки.

Рис. 7.5. Схема вимірювальної установки

ЛГН-109 характеризується наступними параметрами: потужність випромінювання 25 мВт, кутова розбіжність променя (на рівні половинної інтенсивності) не більше 10 ^/.

При виконанні лабораторної роботи необхідно звернути увагу на те, що попадання в око прямого лазерного випромінювання небезпечно для зору! Будь-яке переміщення лазера у включеному стані категорично забороняється.

1. Ознайомитися з пристроєм ЛГН-109: елементами управління, сигналізації і регулювання стабілізатора струму, встановленими на його передній і задній панелі.

2. Підготувати ЛГН-109 до роботи: перевірити, чи немає механічних пошкоджень високовольтного кабелю і мережного шнура стабілізатора струму, заземлити стабілізатор струму, підключити високовольтний кабель до роз'єднувача ЛГН-109 і стабілізатора струму, поставити ручку "регулятор тока нагрузки" в крайнє ліве положення.

3. Включення ЛГН-109 проводити в такій послідовності:

а) ручку "регулятор напряжения" поставити в крайнє ліве

положення;

б) включити вилку мережного шнура стабілізатора струму

в мережну розетку;

в) перевести тумблер "СЕТЬ" у верхнє положення;

г) через 3 хвилини включити тумблер "высокое

напряжение";

д) ручкою "регулятор напряжения" виставити напругу

2,5 кВ;

е) натиснути кнопку "поджиг" - лазер працює.

4. Ознайомитися з порядком вимкнення лазера:

а) вимкнути тумблер "высокое напряжение";

б) вимкнути тумблер "СЕТЬ".

5. Розмістити прилади і зібрати електричний ланцюг відповідно до схеми на рис. 7.5.

6. Включити лазер.

7. Розмістити екран на відстані L = 10 см, потім повторити дослід при L = 100 см від вихідного отвору лазера й візуально, користуючись лінійкою або штангенциркулем, визначити діаметри пучка для половинної інтенсивності при двох крайніх положеннях екрану.

8. За формулами (7.3), (7.4) обчислити кут розбіжності пучка q та w.

9. Домогтися того, щоб отвір діафрагми фотоприймача знаходився по центру світлової плями від лазерного пучка. Для цього мікрометричним пристроєм, який пересуває отвір діафрагми по горизонталі, пересунути отвір на край світлової плями (при цьому стрілка або зайчик індикатора встановиться на нуль). Потім пересунути отвір іншим мікрометричним пристроєм по вертикалі на декілька мм. Якщо при цьому з'являються показники індикатора, то знову звести їх до нуля першим мікрометром і т.д. Таким чином можна виставити отвір на діаметр світлової плями, після чого пересувати отвір необхідно лише одним мікрометричним пристроєм.

10. Виміряти розподіл енергії пучка по його перетину шляхом реєстрації показників індикатора I (гальванометра) при переміщенні фотоприймача Ф щодо вісі пучка одним з мікрометричних пристроїв.

11. Розподіл енергії пучка знайти для двох положень фотоприймача на відстані L ₁ = 10 см, L ₂ = 100 см.

12. Побудувати графіки розподілу енергії пучка по перетину: по вісі абсцис відкласти координату Х_k отвору діафрагми (вимірюється мікрометричним пристроєм), по осі ординат відповідні показники I_k гальванометра I, які пропорційні інтенсивності світла.

13. Вимкнути прилади.

Контрольні питання

1. Дати поняття спонтанного і вимушеного випромінювання. Чим вони відрізняються?

2. Розкрити сутність понять: монохроматичні, когерентні, гостронаправлені, поляризовані світлові пучки.

3. Що називається активною середою чи середою з інверсною заселеністю енергетичних рівней?

4. Дати визначення виродженого і невиродженого електронного газу.

5. В якому випадку розподіл електронів по енергетичних рівнях за статистикою Фермі-Дірака переходить у розподіл Больцмана?

6. Яким чином утворюється активна середа у гелій-неоновому лазері?

7. Розповісти про будову гелій-неонового лазеру.

8. Чому дорівнює енергія світлових квантів, що генеруються гелій-неоновим лазером? До якого діапазону належить випромінювання, що генерується?

9. Яку роль в ефективності роботи лазера відіграють стінки газорозрядної трубки?

10. Яким чином домагаються могутнього гостронаправленого, поляризованого лазерного променя?

11. Розкрити сутність методу визначення кута розбіжності та розподілу енергії лазерного пучка у даній роботі.