Порядок виконання роботи

1. В

   

   Рис. 3.

   Ок – окуляр, Кл – компенсаційний клин, Ш – окуляр відлікової шкали, К – камера з кюветою, П – поляризатор, с/ф – світлофільтр, л – джерело світла.

   ставити в тубус сахариметра (рис. 3) порожню кювету з

скляними віконцями. Обертанням аналізатора (спочатку грубим обертанням, а потім за допомогою мікрометричного гвинта) досягти однакового мінімального освітлення обох половин поля зору в поляриметрі. Таке вирівнювання освітленості здійснити 3-4 рази і зафіксувати середнє положення нуля на ноніусі лімба. Спосіб відліку показань ноніуса пояснено на рис. 4. Кількість цілих поділок визначають за основною шкалою до нуля шкали ноніуса (11 поділок). Число десятих поділок визначають за шкалою ноніуса: воно дорівнює номеру поділки ноніуса, який найкращим чином співпадає з будь-якою поділкою основної шкали.

Рис. 4.

a) збіг нульових поділок ноніуса та шкали;

b) приклад відліку n = 11,8 поділок за шкалою.

У наведеному прикладі (рис. 4) співпадає восьма поділка, тобто n = 11,8.

2. Наповнити кювету розчином відомої концентрації, вставити її в тубус і знайти нове положення аналізатора. Користуючись формулою (1), за різницею між цим і нульовим його положенням визначити питомий кут обертання .

3. Вставити кювету з розчином невідомої концентрації. Користуючись формулою (2), визначити концентрацію С невідомого розчину цукру (глюкози). Дослід виконати три рази.

4. Оцінити точність вимірювань.

5. Змінивши фільтр поляриметра, визначити залежність кута обертання від довжини хвилі монохроматичного світла.

Питання для самоперевірки

1. Яке світло називається поляризованим ?

2. Назвати способи отримання поляризованого світла.

3. Що являє собою призма Ніколя ?

4. Записати і сформулювати закон Малюса.

5. Що називається обертальною поляризацією ?

6. Чому деякі речовини повертають площину поляризації світла ?

7. Дати визначення поляриметру.

8. Яка роль компенсатора в поляриметрі ?

9. Як змінюється кут повороту площини поляризації зі зміною частоти світла ?

10. Де використовується поляризоване світло ?

Лабораторна робота № 8 вимірювання кута розбіжності і ступеня поляризації випромінювання He-Ne лазера

Мета роботи: Ознайомитися з принципом роботи і конструкцією He-Ne лазера. Виміряти кут розбіжності випромінювання лазера. Визначити ступінь поляризації випромінювання He-Ne лазера.

Прилади та обладнання: He-Ne лазер типу ЛГ-75 з блоком живлення СПБ-11Б; лінзи; поляризаційна призма; фотодіод; електровимірювальний прилад.

Теоретичні відомості

Оптичний квантовий генератор ЛГ-75, який працює на суміші газів гелію (He) і неону (Ne), складається з оптичного резонатора і активного елемента. Оптичний резонатор утворений сферичним (1) і плоским (2) дзеркалами (див. рис. 1).

Рис. 1.

Активним елементом є газорозрядна трубка (3) з підігрівним катодом (4) і анодом (5), яка наповнена сумішшю He і Ne . Вихід випромінювання здійснюється зі сторони плоского дзеркала. Збудження газової суміші здійснюється джерелом постійного струму, який викликає тліючий розряд в трубці. Напруга горіння дорівнює 1-2 кВ, розрядний струм 20-30 мА. Для створення розряду між катодом і зовнішнім електродом трубки подається високовольтна напруга 18-20 кВ.

В He-Ne лазері використовується принцип резонансної передачі енергії збудження від He до основного газу Ne. Спрощену структуру енергетичних рівнів атомів He і Ne зображено на рис 2.

Рис. 2.

Гелій: Рівень 1 – основний стан. Рівень 2 – найнижчий збуджений стан. Оптичний перехід 12 заборонений за правилами відбору для квантового числа . Тому стан 2 є метастабільним із більшим часом життя (с). Перехід з рівня 2 на рівень 1 здійснюється тільки при зіткненні зі стінками колби чи іншими атомами.

Неон: Рівень 1 – основний стан. Рівні 2, 3, 4 – найнижчі збуджені стани. Суттєво, що енергія рівня 2 (He) близька до енергії рівня 4 (Ne). Різниця енергій між цими рівнями дорівнює 0,039 еВ, що близьке до величини при кімнатній температурі.

Як відомо, для виникнення генерації необхідно створення інверсного заселення рівнів. Розглянемо, як створюється така інверсія в атомах неону. Електрони, імітовані підігрівним катодом трубки, прискорюються електричним полем. Атоми He, при зіткненні з електронами, переходять у збуджений стан 2 (He). При зіткненні збуджених атомів He з атомами Ne відбувається резонансний обмін енергією, при якому атом гелію повертається до основного стану 1 (He), а атом неону переходить у збуджений стан 4 (Ne).

Таким чином, використання буферного газу He дозволяє селективно заселити рівень 4 (Ne). З рівня 4 (Ne) дозволено випромінювальний перехід на рівень 3, а з рівня 3 – на рівень 2. Причому, час життя атому Ne на рівні 4 вище, ніж час життя на рівні 3. Тому між рівнями 4 і 3 (Ne) виникає інверсна заселеність, яка необхідна для генерації. Рівень 2 атома Ne є метастабільним. Перехід з рівня 2 до основного стану здійснюється при зіткненні зі стінками колби.

Атоми Ne також можуть бути збудженими, тобто переходити до стану 2, 3, 4 при зіткненні з електронами. Небажано, щоб відбувався цей процес, так як заселення рівня 3 зменшує степінь інверсності. Щоб зменшити ефективність таких процесів концентрація He в суміші приблизно в 10 разів вища концентрації Ne. Тиск суміші дорівнює 1-2мм. рт. ст. Подальше підвищення тиску викликає зниження кінетичної енергії електронів, збуджуючих атоми He, що призводить до падіння вихідної потужності чи навіть зриву генерації.