Оптические квантовые генераторы

Лабораторная работа № 2

Исследование дифракционных явлений при помощи лазера

Цель работы:Получение и исследование дифракционной картины по типу Фраунгофера с ис­пользованием лазера в качестве источника света.

Короткая теория

Явление дифракции состоит в отклонении от прямолинейного распростране­ния света, если оно не вызвано отражением, преломлением и изгибанием свето­вых лучей в средах с безпрерывно Оптические квантовые генераторы изменяющимся по показателем преломления (рефракция). Это явление - одно из подтверждений волновой природы света. При дифракции в области, где по законам геометрической оптики должна быть тень, также вне области тени поблизости ее границ, обычно, наблюдается законо­мерное чередование освещенных и неосвещенных участков – дифракционная картина. Расчет дифракционной картины, другими Оптические квантовые генераторы словами расчет положения, формы, раз­меров черных и светлых пятен, кроме немногих обычных случаев, со­пряжен с математическими трудностями.

Относительно более ординарными становятся эти расчеты при дифракции Фраунгофера, другими словами в этом случае, когда производится неравенство:

где d – расстояние от препятствия, на котором дифрагирует свет, до экрана, на котором наблюдается дифракционная Оптические квантовые генераторы картина, D – соответствующий размер препят­ствия, другими словами радиус отверстия либо диска, ширина щели и т.д., – длина свето­вой волны.

Дифракцию Фраунгофера можно следить, если осветить препятствие па­раллельным пучком света, а дифракционную картину получать на дисплее, поме­щенном в фокальной плоскости собирающей линзы, расположенной за препятст Оптические квантовые генераторы­вием. Линза собирает параллельный пучок лучей, дифрагировавших на угол , в некой точке собственной фокальной плоскости. Пучок, соответственный другому углу дифракции, будет сфокусирован в другой точке. Параллельный пу­чок света, падающий на препятствие, обычно получают, помещая точечный ис­точник в фокусе собирающей линзы. В истинной работе источником практиче­ски Оптические квантовые генераторы параллельного светового пучка является лазер.

Дифракционная картина представляет собой чередование черных и светлых полос, повторяющих форму препятствия либо щели. Рассредотачивание интенсивности на дисплее описывается соотношением:

где - интенсивность падающего на щель света, a I- интенсивность света, дифрагировавшего на угол . График рассредотачивания интенсивности света на эк­ране приведен на рис.1.

Минимуму интенсивности Оптические квантовые генераторы наблюдаются при углах дифракции , удовлетворяющих уравнению:

где k - целое число, обозначающее порядок минимума. При k = 0 наблюдается главный максимум, соответственный углу = 0. Он является самым броским. Яркость других максимумов убывает с ростом угла дифракции (с порядком максимума).

Рис. 1 График рассредотачивания интенсивности на дисплее


Оптические квантовые генераторы

Оптическими квантовыми генераторами (генераторами когерентного излучения Оптические квантовые генераторы, лазерами) именуются источники света, работающие на базе эффекта принужденного излучения в активной среде с инверсией населенности энергетиче­ских уровней.

Разглядим подробнее введенные в определении понятия. Понятие принужденного излучения было введено в 1916 г А. Эйнштейном. Он показал, что при содействии атома со светом имеют место два процесса:

а) переход Оптические квантовые генераторы атома с низшего энергетического уровня на высший, другими словами поглощение света (рис.2 а);

б) переход атома с высшего энергетического уровня на низший, другими словами испускание света (рис.2 6). Такое излучение именуется принужденным (индуцированным).

Как понятно, атом, находящийся на высшем энергетическом уровне, может самопроизвольно, в отсутствие каких-то наружных воздействий, перейти на один Оптические квантовые генераторы из нижележащих уровней. При всем этом испускается квант света с энергией, равной разности энергий уровней. Такое самопроизвольное излучение света атомом именуется спонтанным. Направление, поляризация и исходная фаза испущенного фотона случайны, потому что в отсутствие наружных воздействий на атом все воз­можные направления излучения, поляризации и фазы равновероятны. Спонтанное Оптические квантовые генераторы излучение системы атомов – это смесь фотонов разных частот и поляризаций, не скоррелированных по фазе. Такое излучение не когерентно.

В отличие от спонтанного принужденное излучение появляется под действием наружного электрического поля соответственной частоты. Излученные при всем этом фотоны тождественны кванту электрического поля, вызвавшему излучение, другими словами владеют той же частотой, фазой, поляризацией Оптические квантовые генераторы и направлением распространения. Индуцированное излучение системы атомов когерентно.

Традиционным аналогом принужденного излучения служит излучение системы свободных зарядов во наружном электронном поле (к примеру, электронов в антенне). Заряды совершают коллективное движение во наружном поле и источают электрические волны. Свойства волн (частота, фаза, поляризация), из­лучаемых каждым зарядом, совпадают.


Среда Оптические квантовые генераторы именуется активной (либо усиливающей), если в ней интенсивность проходящего света растет. Это может быть в случае, когда процессы испускания света преобладают над процессами поглощения. При прохождении электро­магнитной волны через вещество идут все три вероятных процесса: поглощение света, спонтанное и принужденное излучение света. Разумеется, что число актов поглощения Оптические квантовые генераторы света будет пропорционально числу атомов среды, находящихся в состоянии с низшей энергией, а число актов испускания – числу, атомов, находящихся на верхних энергетических уровнях. Населенность энергетических уровней, если среда находится в состоянии термодинамического равновесия при температуре Т, подчиняется известному рассредотачиванию Больцмана:

где ni – число атомов, имеющих энергию , n0 - число атомов в Оптические квантовые генераторы низшем энерге­тическом состоянии с энергией Е0, . Означает, в термодинамическим равновесия населенность верхних уровней будет меньше населенности низших уровней; процесс поглощения света будет преобладать над процессами излуче­ния света. Для того чтоб среда усиливала свет, нужно привести ее в термодинамически неравновесное состояние, при котором населенность верхних уровней Оптические квантовые генераторы выше населенности нижних, другими словами сотворена инверсия населенностей. Процесс перевода среды в активное состояние носит заглавие накачки.

Мысль использования индуцированного излучения для усиления электрической волны в активной среде была в первый раз высказана в 1939 г В.А.Фабрикантом, а возможность использования индуцированного излучения для генерации когерентных световых волн показана Оптические квантовые генераторы Л.М.Прохоровым, Н.Г.Басовыми Ч.Таунсом в 1957 г. 1-ый лазер был сотворен Т.Мейманом в I960 г. на рубине.

Лазер содержит три главных компонента:

1. Активную среду, в какой создается инверсия населенностей.

2. Устройство для сотворения инверсии населенностей (система накачки).

3. Устройство для обеспечения положительной оборотной связи (оптический резонатор).

Существует Оптические квантовые генераторы много материалов, используемых в качестве активной среды в ла­зерах. Известны газовые лазеры (CO2, смесь Не Ne, HF, пары металлов), жидко­стные лазеры (к примеру, на органических красителях), полупроводниковые (Al-GaAs, CdS) и твердотельные лазеры (к примеру, рубиновый). Методы заслуги и поддержания инверсной населенности в активной среде зависят от Оптические квантовые генераторы ее структуры. В жестких телах и в жидкостях употребляется приемущественно оптическая накачка – энергия активной среде передается в форме излучения специальной лампы либо другого лазера. В газовых лазерах обычно используются другие способы накачки - электронный разряд, хим реакции. В полупроводниковых лазерах употребляют неизменный ток, пучки электронов. После того как в рабочей среде достигнуто состояние Оптические квантовые генераторы инверсной населенности уровней, в ней появляется спонтанное излучение. Спонтанно излученные фотоны вызывают индуцированное излучение других атомов активной среды. Но при спонтанном излучении направление испущенного кванта света произвольно. Для того чтоб отделить «затравочные» фотоны, имеющие данное направле­ние, активную среду помещают в резонатор. Простым резонатором служит пара параллельных Оптические квантовые генераторы зеркал. Неоднократное отражение испытывают только фото­ны, передвигающиеся повдоль нормали к зеркалам. При каждом прохождении пучка че­рез активную среду он усиливается за счет вызываемого им принужденного излу­чения атомов среды.

Лазер может работать в непрерывном либо импульсном режиме генерации. При непрерывном режиме процессы накачки и излучения идут сразу Оптические квантовые генераторы. В импульсном режиме оборотная связь врубается временами. В то время, когда оборотная связь отсутствует, активная среда припасает энергию; при включении оборотной связи происходит генерация массивного импульса излучения.

Для того чтоб часть излучённого средой света вышла наружу, одно из зеркал резонатора делается полупрозрачным.

В заключение перечислим снова уникальные характеристики лазерного излучения, которые Оптические квантовые генераторы определили обширное применение лазеров в науке и технике:

1. Высочайшая мощность излучения;

2. Малый угол расхождения пучка;

3. Высочайшая временная и пространственная когерентность излучения;

4. Высочайшая монохроматичность излучения.

Требования безопасности труда. При выполнении работы не допускать прямого попадания когерентного луча света на сетчатку глаза. При работе с лазером нужно располагать рабочее Оптические квантовые генераторы место так, чтоб оно находилось с боковой стороны от луча света, испускаемого лазером.


optimizaciya-i-effektivnost-dispanserizacii-studentov-s-osnovnimi-stomatologicheskimi-zabolevaniyami-14-01-14-stomatologiya.html
optimizaciya-i-yandeks-referat.html
optimizaciya-kompyutera-s-windows-dlya-didzheinga-i-sozdaniya-muziki.html