Описание установки

Известно много типов лазеров, использующих в качестве активных сред вещества находящиеся в различных агрегатных состояниях. Газовые лазеры наиболее универсальны, так как позволяют получать большие выходные мощности в непрерывном и импульсном режимах, широкий диапазон длин волн излучения, малую расходимость луча и высокую стабильность частоты.

В газовых гелий-неоновых лазерах накачка осуществляется за счет электрического разряда. Перевод атомов неона в возбуждённое состояние проводится в два этапа: вначале за счёт соударением с электронами (при разряде) атомы Не переводятся в метастабильное состояние 2S (главное квантовое число n равно 2, орбитальное квантовое число l равно 0). Энергия этого состояния близка к энергии атомов Ne в состоянии 5S. Так как длительность нахождения атомов Не в состоянии 2S велика, концентрация атомов Не находящихся в этом состояния также высокая. Это приводит к тому, что за счёт соударения атомов He и Ne большое число атомов Ne переходит в состояние 5S. На этом уровне создаётся инверсия заселённости. Вынужденное излучение происходит при переходе атомов Ne из состояния 5S в состояние 3P (n = 3, l = 1). Схема, поясняющая создание подобного индуцированного излучения показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема получения инверсии заселённости уровней

в гелий-неоновом газовом лазере

В настоящей работе использован гелий-неоновый лазер ЛГ-207. Принципиальная схема такого лазера показана на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема гелий-неонового газового лазера

Основным элементом такого лазера является разрядная трубка 1. Трубка имеет накаливаемый катод 2 и анод 3 служащие для создания газового разряда в ней. Торцы трубки замкнуты стеклянными пластинками, ориентированными под углом Брюстера к оси трубки. Поэтому луч лазера, выходящий из торцов трубки линейно поляризован, причём вектор напряжённости электрического поля колеблется в вертикальной плоскости. Разрядная трубка помещена между зеркалами 4 и 5, образующими резонатор.

Фотон, возникший в активной среде за счёт спонтанного перехода возбуждённых атомов, рождает лавину фотонов, летящих в том же направлении. Часть фотонов этой лавины проходит через полупрозрачное зеркало, часть потеряется за счёт выхода через боковые стенки трубки (и некоторых иных эффектов), а часть отразится, и будет нарастать в активной среде. Для того чтобы в ОКГ началось излучение (самовозбуждение генератора) необходимо, чтобы увеличение числа фотонов в активной среде при проходе между двумя последовательными отражениями от зеркала 4, компенсировало потери фотонов.

Требование техники безопасности

Попадание в глаза прямого лазерного излучения опасно для зрения!

При работе с лазером необходимо соблюдать обычные предосторожности, вытекающие из использования в его системе источника питания высокого напряжения.

Включение установки производится только с разрешения преподавателя.

Порядок выполнения измерений

Упражнение 1. Определение длины волны излучения лазера.

На пути луча лазера устанавливают дифракционную решётку, за которой расположен экран. Расстояние от решётки до экрана L задаётся преподавателем в пределах от 40 до 60 см. На экране наблюдается дифракционная картина. Измеряется расстояние от центра главного максимума до центра максимума i-го порядка (все помещаемые на экране) слева и справа от главного максимума (h_i). Данные записываются в рабочий журнал.

Упражнение 2. Определение толщины провода.

Вместо дифракционной решётки устанавливают штатив с закрепленным на нём кольцом с проводом. На экране наблюдают дифракционную картину. Измеряется расстояние от центра главного максимума до центра максимума i-го порядка (все помещаемые на экране) слева и справа от главного максимума (h_i). Данные записываются в рабочий журнал.

Упражнение 3. Определение расходимости лазерного излучения.

Для определения угла расходимости  определяют диаметр светового пучка на выходе из лазера (D₀) и диаметр пучка (D) на расстоянии (L₀) как можно дальнем от лазера. Значения D₀, D и L₀ заносят в рабочий журнал.