Порядок виконання

1. На дiлянцi графiка, де спостерiгається лiнiйна залеж­нiсть мiж i_Ф та освiтленiстю Е (для досить великих вiдста­ней R), взяти точку i визначити для неї i_Ф та Е.

2. Розрахувати площу активної поверхнi фотоелемента за формулою

S = d ² / 4,

де d – дiаметр поверхнi фотоелемента (вказаний на приладі).

3. Розрахувати величину чутливостi фотоелемента за формулою:

k = i_Ф/SE,

де значення i_Ф, Е та S одержанi в пп. 1, 2.

Контрольні питання

1. В чому полягає явище внутрiшнього фотоефекту?

2. В чому полягає принцип дiї вентильного фотоелемента?

3. Опишiть будову та принцип дiї селенового елемента.

4. Що зветься iнтегральною чутливiстю фотоелемента?

5. Як визначається iнтегральна чутливiсть фотоелемента в данiй роботi?

9.6.3. Лабораторна робота “Вивчення роботи оптичного квантового генератора”

Мета роботи: вивчити будову та принцип дiї газового лазера, визначити основнi технiчнi характеристики лазера – довжину хвилi його випромiнювання та енергiю кванта.

Прилади та обладнання: гелiй-неоновий газовий лазер, дифракцiйна решітка, екран, мiлiметрова лiнiйка.

Питання для підготовки до лабораторної роботи

1. Рівноважна і інверсна заселеність енергетичних рівнів.

2. Індуковане випромінювання.

3. Лазери, принцип дії і застосування в медицині.

Додаткова література

1. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Ч. 2.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1996.

Теоретичнi вiдомостi

Розглянемо будову та принцип дiї газового гелiй-неонового лазера (мал. 9.38). Прилад складається з трубки 1, наповненої сумiшшю газiв: гелiя (пiд парціальним тиском 1 мм рт. ст.) та неона (під парціальним тиском 0.1 мм рт. ст.). Атоми неона є випромiнюючими (робочими), атоми гелiя – допомiжними, які необхiдні для створення iнверсної заселеностi енергетичних рiвнiв атомiв неона. Збудження атомiв гелiя досягають за допомогою тліючого електрич­ного розряду. Для створення тлiючого розряду в трубку 1 вмонтованi електроди 2 i 3, пiд’єднанi до джерела електрич­ного струму.

Мал. 9.38. Будова газового гелій-неонового лазера.

На мал. 9.39 зображена система енергетичних рiвнiв атомiв гелiю та неона. Пiд дiєю електричного розряду атоми гелiю переходять на збуджений рiвень 2. Внаслiдок непруж­ного зiткнення атоми гелiя передають енергiю атомам неона, якi, збуджуючись, накопичуються на двох близько розташованих метастабiльних рiвнях 3. Таким чином, у трубцi створюється середовище з iнверсною заселенiстю енергетичних рiвнiв.

Мал. 9.39. Систе­а енергетичних рів­нів атомів гелія та не­на.

Спонтанний перехiд окремих атомiв Nе з двох мета­стабiльних рiвнiв 3 на промiжний рiвень 2 викликає появу фотонiв, якi спричинюють iндуковане (вимушене) коге­рентне випромiнювання з довжинами хвиль ₁ = 632.8 нм (червоний дiапазон) та ₂ = 1153 нм (iнфрачервоний дiапазон). Для збiльшення потужностi випромiнювання трубку 1 розмiщують в дзеркальному резонаторi (мал. 9.38). Вiдбиваючись вiд дзеркал i проходячи багато разів вздовж вiсi трубки, потiк фотонiв залучає до iндукованих переходiв все бiльшу кiлькiсть атомiв Nе, внаслiдок чого iнтенсив­iсть випромiнювання збiльшується. Трубка 1 з торцiв закрита плоскопаралельними пластинками 4, якi розташованi пiд кутом Брюстера до вiсi трубки. Таке положення пластинок призводить до плоскої поляризацiї лазерного випромiню­ванн­я.

Для визначення довжини хвилi випромiнювання лазера в данiй роботi пропонується використати дифракцiйну ре­шіт­ку. Вона являє собою скляну пластинку, на яку через рiвнi промiжки а нанесенi паралельнi непрозорi штрихи шириною b. Величина a + b = d зветься перiодом (або по­стiй­ною) дифракцiйної решітки. При освiтленнi решітки монохроматичним свiтлом вiдбувається явище дифракцiї, внаслiдок якої на екранi, розташованому за решіткою, спостерiгається дифракцiйна картина (мал. 9.40).

При нормальному падiннi свiтла на решітку головнi дифракцiйнi максимуми характеризуються умовою

d sin _k = k,

де d – постiйна решітки,  – довжина хвилi випромiнюван­ня, _k – кут, на який вiдхиляються променi, що утворили даний максимум; k – цiле число, що зветься порядком максимуму (k = 0, 1, 2, 3, …). Якщо нам вiдомi значення d, _k та k, то довжину хвилi випромiнювання, що проходить крiзь дифракційну решітку, визначають за формулою

.

Оскiльки, як правило, кути дифракції _k є малими, можна вважати, що

де l_k – вiдстань на екранi мiж максимумами нульового та k-того порядкiв, L – вiдстань мiж решіткою та екраном.

Завдання 1. Визначити довжину хвилi випромiнювання лазера.