L
=
n( ),
n=1,2,3, ...
(3)
Айналардан бірнеше рет шағылысқан фотондар, кванттар тасқынын
тудыра отырып, белгілі бір қуатқа ие болады да, лазер сәулесі түрінде,
жартылай мөлдір айна арқылы сыртқа шығады.
Лазер сәулесінің туындауына тек үндестіргіш осіне параллель таралған
кванттар ғана қатынасатын болғандықтан, оның П.Ә.К. 1% тен аспайды.
Бірақ кейбір жағдайларда П.Ә.К.-ін 30% жеткізуге болады.
Не-Nе лазерінің құрылысы
Не-Nе лазері үздіксіз жұмыс істейтін лазерлер қатарына жатады. Оның
қуаты үлкен емес /100мВт /, бірақ пайдалануға ыңғайлы, арзан, көзге
көрінетін жарық сәулелерін шығарады және сәуле шығару қабілеті өте
тұрақты.
Не-Nе лазерінің құрылысы және жұмыс істеу тәсілі.
Барлық газдық лазерлер сияқты Не-Nе лазерінде нығыздау электр
разрядының көмегімен екі кезеңде іске асырылады:
1. Не (гелий) газы беймазалаушы энергияны жеткізуші және оны Nе
(неон) газының атомдарына беруші қызыметін атқарады.
2. Неонның беймазаланған атомдары, негізгі энергиялық күйге ауыса
отырып, лазер сәулесін шығарады.
Электр разряды кезінде пайда болған электрондар мен соқтығысу
кезінде беймаза күйге түскен гелий атомдары негізгі энергиялық І -
деңгейден беймаза күйдегі ІІІ - деңгейге ауысады /5 - сурет/.
Беймаза күйдегі гелий атомдарымен соқтығысқан неон атомдары да
беймаза күйге түсіп, гелийдің беймаза күйіндегі энергиялық деңгейіне жуық,
өзінің беймаза күйіндегі, жоғарғы энергиялық деңгейіне ауысады. Осының
нәтижесінде өте көп неонның атомдары жоғары энергиялық деңгейдегі
беймаза 3 - күйге көшіп, инверсиялық нығыздау жасалады.
5 - сурет
5 - сурет
5 - сурет
3
3
3
(
(0,6328мкм
Нығыздау
5 - сурет
3
Ал олардың 3 – күйден өзырқымен энергиялық деңгейі төмен 2 -
күйдегі деңгейге ауысуы толқын ұзындығы
= 0,6328 мкм квант /лазер/
сәулесін шығарумен қосарлана жүреді.
Шындығында бұл былай іске асырылады: лазердің белсенді жұмыс
атқаратын бөлігі қабырғасы қалың шыны түтіктен жасалған, ал екі түпкі беті
жазық - параллель оптикалық шыны тереземен жабылған.
Гелийдің кезкелген заттың ішіне ену қабілеті жоғары болғандықтан,
түтіктің қабырғасы калың етіп жасалады. Түпкі терезелер жазықтығы түтік
осімен Брюстер бұрышын (
б
) жасайтындай етіп орналасқан /2 - сурет/ .
Терезелерді (
б
) бұрышымен орналастыру лазер сәулесінің кернеулік
векторының Е тербелісі оның таралу бағытына көлденең /осы сурет
жазықтығында
жататындай/
жазық
поляризацияланған
сәуле
алу
қажеттілігінен туған. Бұл әдіс көптеген лазерлерді жасауда жиі
пайдаланылады.
Түтікке электродтар /анод, катод/ орналастырылған, ал түтіктің өзі Не
/р= 1мм.сын.бағ/ және Nе /р = 2мм.сын.бағ/ газдары қоспасымен
толтырылған.
Белсенді элемент жартылай мөлдір жазық айна мен шағылыстыру
коэффициенті = 0,98 ойыс сфералық айнадан жасалған. Сфералық айнаның
радиусы үндестіргіштің ұзындығына тең етіп алынуы лазер сәулесінің П.Ә.К.
ұлғайту үшін және оның сапасын /монохроматтылығын және кеңестік пен
уақыт бойынша когеренттілігін/ жақсарту үшін қажет.
Анод пен катодтың арасына жоғары кернеу берілгенде белсенді
элементтің ішіндегі жанған электр разрядының көмегімен нығыздау процессі
жүреді. Электр разрядын тудыру түріне қарай белсенді элементтер ыстық
және суық катодты болып бөлінеді.
Ыстық катодты тәсілде разрядты тудыру үшін өте жоғарғы вольтті
қысқа импульс пайдаланылады, ал разряд тұтанған соң жоғары тұрақты
кернеуге қосылады. Суық катодтық тәсілде жоғарғы жиілікті электр разряды
пайдаланылады. Суық катодты белсенді элемент ұзақ мерзімге /20000
сағаттан аса/ пайдалануға жарайды және сәуле шығару қасиеттері де жоғары.
Бірақ ыстық катодты белсенді элементтер қуаты күшті лазер
сәулелерін алуға мүмкіндік береді. Не-Nе лазерлері, үздіксіз жұмыс істейтін
тұнғыш жасалған лазерлер. Олар 1961 жылдары пайда болды және газдық
лазерлердің көп түрлерін жасаудың бастамасы болды.
БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ
1. Лазер сәулесінің ерекшелігі қандай? Оның қандай түрлері бар?
2. Өз ырқымен тосын (спонтанно) шыққан кванттар мен еріксіз
(вынужденно) сәуле шығару кванттарының арасындағы айырмашылық
қандай?
3. Үш деңгейлі энергиялық жүйе мысалынан лазердің жұмыс істеу әдісін
түсіндір.
4. Қандай деңгей беймаза уақыты көбірек (10
-3
с) (метастабильный) деп
аталады. Инверсиялық нығыздау дегеніміз не?
5. Оптикалық резонатор деген не, оның үзындығы қалай таңдап алынады
және оның лазер сәулесінің туындауындағы атқарар жұмысы қандай?
6. Қандай орта белсенді орта деп аталады?
7. Не-Nе лазерінің сәуле шығарғыштық құрылымы қандай?
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
1. Абдуллаев Ж. Физика курсы. Алматы: Білім, 1994. 26-тарау, §17, §18.
21-тарау §15, §16.
2. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш..шк. 1985. §232, §191, §192.
СДЖ арналған бақылау тапсырмалары
1.
Лазер сәулелерінің қасиеттері
.
2.
Лазер аспаптарының түрлері.
3.
Лазер аспаптарының жұмыс істеу ұстанымы.
№ 68 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС (2/1/1 сағ)
Жарық сәулесін шығару жұту спектрлерін анықтау
Тәжірибе жұмысы
Тәжірибе жұмысының мақсаты монохроматорды дәлдеу /градуировка/,
әмбебап монохроматор УМ – 2 көмегімен неон газының сызықтық спектрін
бақылау және сәуле жұтқыштың /поглотитель/ сәуле енін анықтау.
1-ТАПСЫРЫС.
Монохроматорды дәлдеу /градуировка/.
Эталон жарық көзі үшін төменгі қысымдағы сынапты кварц шамын
пайдаланады. Мұнда сынап буы арқылы өтетеін ток разряды жарық
шығарады. Сынап шамы спектр сызықтары көрнекті және тұрақты жарық
көзі бола алады және ол қанықтылығы әртүрлі, сирек кездесетін спектр
сызықтарын береді.
Өлшегіш барабанды айналдырып 1-кестеде көрсетілген сынаптың
спектрін ортаңғы жағдайға әкеліп, оны окулярдің көрсеткішімен беттестіреді.
Барабандағы көрсеткенді жазып алып, одан кейін көрсеткішті ауыстырып
осы бірінші сызықты үш рет қайталап өлшейді. Орта мәнін 1-кестесіне
жазады.
Кестедегі мәндер бойынша аспаптың көрсетулерінің толқын
ұзындығына байланыстылығының дәлдегіш /градуироворочный/ графигін
сызамыз.
1-кесте
Монохроматорды сынап спектрі бойынша дәлдеу
Сызықтың түсі мен орны
м 10
-9
Барабанның көрсетуі
1. Дара қызыл 690,7
2. Айқын қызыл 623,4
3. Қызғылт
сары
/ұқсас
екі
сызықтардың сол жағындағы/
612,3
4. Сары
/тақау
екі
айқын
сызықтардың сол жағындағы/
579,0
5. Дара сары-жасыл 567,6
6. Айқын ашық-жасыл 546,0
7. Көкжасыл
/айқын
көгілдір
сызықтың оң жағындағы бірінші/
497,4
8. Айқын көгілдір 491,6
9. Айқын көк 435,8
10. Көк /тақау екі ұқсас сызықтардың
оң жағындағы/
433,9
11. Сол жақтағы айқын күлгін 407,8
12. Оң жақтағы айқын күлгін 404,7
2-ТАПСЫРЫС.
Неон газының спектрінің толқын ұзындықтарын
анықтау.
1
–
тапсырыстағы сияқты неон газының спектр сызықтарын өлшеу
керек. Жарық көзіне неон шами алынды. Саңылауды тарылта отырып
алынған
спектр
сызықтарының
орналасуын
бақылайды.
Спектр
сызықтарының қанықтылығынемесе көрнектілігі жеткілікті болмаса, оны
неон шамын орнынан әр бағытта жылжыту арқылы реттейді.
Анықталған мәндерін 2- кестеге жазады.
2-кесте
Неон газының спектрінің толқын ұзындығын анықтау
п/п Сызықтың түсі мен орны
м 10
-9
Барабанның көрсетуі
1.
Айқын қызыл /екі жақын
сызықтың сол жағындағы/
2.
Қызылсары
/екі
жақын
сызықтың оң жағындағы/
3.
Айқын сары
4.
Айқын ашық жасыл
5.
Ашықжасыл
/екі
жақын
сызықтың оң жағындағы/
6.
Айқын көк
Осы кестедегі барабанның көрсеткен мәндеріне сай, дәлдегіш графикті
пайдаланып, неон спектрінің толқын ұзындықтарын анықтайды.
3-ТАПСЫРЫС.
Жарық сүзгісінің /фильтр/ жұту спектрін анықтау.
Монохроматордың саңылауына элетр шамын орналастырады, өйткені
оның спектрі тұтас спектр. Шамның сәулесінің жолына ақ түсті /матовая/
шыны пластинка қойылады. Бұру механизмі арқылы дисперсиялаушы
призманы айналдырып оптикалық сүзгіде жұтылған толқын ұзындығының
барабандағы сәйкес мәндерін жазып алады. Сүзгінің жұту спектрінің енін
анықтайды.
4-ТАПСЫРЫС.
Ертіндінің жұту спектрін анықтау.
Зерттелетін ерітінді төрт қырлы мөлдір ыдысқа құйылып элетр шамы
мен саңылау арасында қойылады. Барабан арқылы ерітіндіден өткен сәуле
жолағының мәнін табады. Дәлдегіш /градуировочный/ графикті пайдаланып
осы сәуленің жолағының екі шеткі толқын ұзындығын және ерітіндінің жұту
спектрінің енін анықтайды. Ерітіндінің орнына хлорофилдің спирттағы
ерітіндісін пайдалануға болады.
1.
Атомның құрылысы. Электрондар мен атомның энергиялық деңгейлері,
олардың өзгеру себептері.
2.
Тұтқиыл сәуле шығару. Жарық кванты, фотоны және квант энергиясы.
3.
Электронның атом ядросымен байланыс энергиясы.
4.
Атомның сәуле шығару механизмі, сызықтық спектр.
5.
Спетр тобы /серия/, спектр сызықтарының орналасуы, Бальмер
формуласы.
6.
Жолақ спектр, тұтас спектр.
7.
Сәулені жұту, жұту спектрі.
8.
Жарық дисперсиясы.
9.
Сыну көрсеткішінің жарықтын ортада таралу жылдамдығына, диэлектрлік
және магниттік өтімділікке байланыстылығы.
10.
Қандай жағдайда дисперсия заңы бұзылады?
11.
Монохроматорды дәлдеу /градуировка/ не үшін және қалай жүргізіледі?
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
1.
Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976.
2.
Абдулаев Ж. Жалпы физика курсы. Алматы. 1991.
3.
Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: Наука, 1980.
4.
Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т.З. М.: Физматгиз, 1959.
СДЖ арналған бақылау тапсырмалары:
1.
Фотонның энергиясы, тыныштықтағы және қозғалыстағы массасы.
Жарықтың толқындық және корпускульдік қасиеттері.
2.
Заттың жарық шығаруының кванттық
3.
Монохроматордың құрылысы және жұмыс ітеу әдісі.
№ 72 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС (2/1/1 сағ)
Жарық дифракциясы құбылысын зерделеу.
Тәжірибе жұмысы
Жұмыстың мақсаты:
Дифракция торының көмегімен жарық толқын ұзындықтарын анықтау.
1. Дифракциялық тор мен жарық көзінің арасын «У» қашықтыққа
орналастырамыз.
2. «Ноль» максимумының екі жағындағы симметриялы К=1,2,3 – ретті
дифракциялық спектрлерді табу керек.
3. Күлгін, жасыл және қызыл сәулелер үшін толқындарының «ноль»
максимумы мен оның оң жағындағы бірінші ретті максимум арақашықтығын
Х
1
және оның сол жағындағы бірінші ретті максимум мен арақашықтығын
Х
2
сызғышпен өлшеу керек. Одан кейін мына өрнектер бойынша:
Х = (X
1
+ X
2
) , tgy = x/y, y = arctg x/y
2
γ – ді есептеу керек. Әрбір толқын ұзындығын есептегенде “Y”-тің шамасын
үш рет өзгертіп отырады.
4.
Дифракциялық тор тұрақтысы d=0,01 мм болғанда, γ мәндері
бойынша әрбір толқын ұзындығы мына өрнектермен анықталады
λ=dּsin
arctg
x/y
k
5. Сенім ықтималдығының таңдап алынған мәні бойынша күлгін, жасыл,
қызыл түсті сәулелердің табылған толқын ұзындықтарының сенімділік
шекарасын Δλ есептейміз.
Тексеру сұрақтары
1.
Дифракция құбылысы дегеніміз не? Оған қалай көз жеткізуге болады.
2.
Тюйгенс-Френель принципі қандай?
3.
Бір саңылаудағы дифракцияны түсіндір.
4.
Дифракциялық тор, оны пайдалану жолдары.
Пайдаланған әдебиеттер
1.
Ландсберг Г.С. Оптика, М.: Наука, 1976.
2.
Трофимова Т.И. Курс физики, М.: Высш. шк. 1985.
3.
Савельев В.С. Курс общей физики. Т.З.
СДЖ арналған бақылау тапсырмалары
4.
Қатты заттың кристалдық торындағы дифракция Вульф-Брэггтер өрнегі.
5.
Оптикалық аспаптардың ажырата алу қаблеті.
6.
Толеграфия туралы түсінік және оның пайдалануы.
№ 80 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС (2/1/1)
Микроскопты пайдаланып шыны пластинканың сыну көрсеткішін
анықтау
Изотропиялық екі мөлдір ортаның шекарасындағы сәуленің шағылу
және сыну заңдары
Жұмысты орындау
1.
Микрометрмен
пластинканың
сызаттарға
жақын
тұсының
қалындығын өлшеуіміз керек.
2.
Шыныға жүргізілген сызаттардың қиылысу нүктесі микроскоптың
көру алаңында жататындай етіп пластинканы микроскоптың
үстелшесіне орналастырамыз.
3.
Микроскопты үстіңгі сызатқа дәл бағыттап анық кескінін табады да,
бұранда дөңгелегінің сызықшаға қарсы келген бөлігін К
1
жазып
аламыз.
4.
Микрометрлік бұранданың дөңгелегін айналдырып микроскопты
төменгі сызаттың анық кескініне дәлдейді. Дәлдеу кезінде
бұранданың дөңгелегінің толық айналым санын m санап отырады
және сызықшаға қарсы келіп тоқтаған дөңгелектің бөлігін K
2
жазып
аламыз.
5.
Тәжірибені 10 рет қайталайды. Алынған мәндері төменгі кестеге
жазады. Әрбір тәжірибе кезінде алынған d, d
1
шамаларын (7) өрнекке
қойып, сыну көрсеткіштерінің бірнеше мәндерін табамыз.
6.
Берілген сенім ықтималдылығы шамасына сай табылған сыну
көрсеткіштерінің сенім ауытқуын есептейміз.
N/N d m K
1
K
2
d
1
N=d/d
1
n n-n
S
n
Δn n=n+Δn
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Бақылау срақтары
1.
Изотропиялық мөлдір ортаның қасиеті қандай?
2.
Сәуленің түсу және шағылу бұрыштары.
3.
Жарықтын шағылу заңдары.
4.
Сәуленің түсу және сыну бұрыштары.
5.
Жарықтын сыну заңдары.
6.
Ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші.
7.
Ортаның абсолют сыну көрсеткіші.
8.
Ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші мен сол ортадағы жарықтың
таралу жылдамдығы арасындағыбайланыс.
9.
Ортаның жарық өткізу коэффициенті мен оптикалық тығыздығы
арасындағы байланыс.
10.
Сәуленің оптикалық тығыздығы жоғары ортадан оптикалық тығыздығы
төмен ортаға өтуіндегі түсу және сыну бұрыштары.
11.
Сәуленің толық ішкі шағылуы.
12.
Тәжірибедегі шынының сыну көрсеткішін анықтайтын өрнекті қорытып
шығару.
13.
Шыны пластинканың жорамал қалындығын есептеу.
Пайдаланған әдебиеттер
1.
Абдулаев Ж. Жалпы физика курсы, Алматы: Ана тілі, 1991
2.
Трофимова Т.И. Курс физики, М.: Высш.шк.1985.
3.
Физический практикум /Под ред.проф.Ивероновой В.И. М.: 1953/
4.
Фриш С.Э. и Тиморева А.В. Курс общей физики. Т.3. М.:Высш.шк.1959.
5.
Зисман Г.А. и Тодес О.М. Курс общей физики . Т.3. М.: Наука, 1972.
6.
Ландсберг Г.С. Оптика, М-л. 1952
СДЖ арналған бақылау тапсырмалары
1.
Микроскоптың құрылысы және дененің кескінін ұлғайтып көрсетуінің
геометриясын түсіру түсіндір.
2.
Толық ішкі шағылу құбылысы. Оынң табиғатта көріністері қандай?
3.
Шынының сыну көрсеткішін анықтауда микроскопты қолдану әдісін
түсіндір.
№ 102 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС (1/-/- сағ)
Стефан-Больцман тұрақтысын анықтау
Жылулық сәулешығарғыштық
Тәжірибе жұмысы
Жұмыстың мақсаты:
Абсолют қара емес денелердің жарық шығарғыштығын зерттеу арқылы
Стефан-Больцман тұрақтысын анықтау. Абсолют қара емес денеге электр
шамының вольфрам қыл алынған.
Электр шамының вольфрам қылынан /2/ шыққан жарық фильтр /3/
арқылы линзаға /4/ түсіп, одан әрі параллель сәулелер түрінде екінші
объектив, линза /5/ арқылы фотоэлектрлік пирометрге ФЭП-4 түседі.
Пирометрден /6/ өткен ток күші вольфрам қылының қызу дәрежесіне
тәуелді.
Сондықтан пирометрге жалғанған гальвонометрдің шкаласы Цельсии
шкаласына ауыстырылғандықтан, гальвонометр ток күшін емес вольфрам
қылының қызу температурасын /T/ көрсетеді. Вольфрам қылдан өтетін ток
күші /A/ амперметрмен, оның кернеуі /U/ вольтметрмен өлшенеді. Элетр
шамы ЛАТР /7/ арқылы ток көзіне /220 В/ жалғанған. Пирометрге тұрақты
ток көзі қажет болғандықтан, оны айналмалы токты түзеткіш /выпрямитель/
/8/ арқылы ЛАТР-ға жалғауға болады немесе жеке тұрақты ток көзіне
жалғайды.
Егер қыздырылған вольфрам қылының температурасы T
1
электр
тогының қуаты арқылы үнемі толтырылып отырылса /P=IU/, онда қылдың
сыртқы ортаға тарататын энергиясы жылулық сәулешығару энергиясына
айналады деп тұжырымдауға болады. Өйткені жылу өткізгіштік және
конвекция арқылы жоғалатын энергиясының шамасы өте аз болады. Егер
ортаның немесе вольфрам қылының алғашқы температурасы /қыздырмай
тұрғандығы/ T
2
болса, онда осы сәулешығару үшін энергияның сақталу
заңын жазамыз: қыздырылған қылдың шығарған сәулесінің энергиясы J =α
2
1
δ T
4
1
S электр тогының қуаты /P=IU/ мен қыздырылғанға дейінгі қылдың
энергиясының қосындысына тең:
=P+J ;
J
2
1
4
4
4
4
δ T S=IU+ α δ T S=> α δ S(T -T )=IU=>
α
1
1
1
2
1
1
2
4
4
δ=IU/ α
1
S (T
1
-T
2
) (BT/M
2
K
4
).
Тәжірибені орындау тәртібі:
1.
Фотоэлектрлік термометрдің қақпағы (9) ашылып ЛАТР-дың тұтқасы “0”
көрсеткішке қойылады.
2.
Аспапты тумблер арқылы ток көзіне қосамыз, бұдан кейін сигнал шамы
жанады.
3.
ЛАТР-дың тұтқасын асықпай айналдырып приборға 90 Вольттан бастап
10 вольт сайын, 180 вольтқа /мыс:90,100,110,.../ әртүрлі кернеу береміз
және сол кернеулерге сәйкес токты және температураны жазып аламыз.
4.
Жазып алынған шамалар бойынша және (12) өрнекті пайдаланып 1-
кестені толтырамыз, α
-4
i
=0,45, S=2,20ּ10 м
2
, мұнда S- сәуле
шығарушының бетінің ауданы. T =293K.
2
5.
Больцман тұрақтысының δ сенім интервалын Δδ анықтаймыз:
6.
Анықталған мәндерді 1-кестеге жазамыз.
1-кесте
N/N U, В I,
А T
1
, К T
2
, К
δ
i
, Вт/м
2
К
4
δ
i
, Вт/м
2
К
4
S
δ
Δδ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Бақылау сұрақтары:
1. Жылулық сәуле шығарғыштық дегеніміз не?
2. Дененің сәуле шығарғыштық қабілеті дегеніміз не?
3. Дененің жұту және шығылдыру қабілеті дегеніміз не?
4. сәулешығару қабілетінің дененің теапературасы мен толқын ұзындығына
тәуелділігі қандай?
5. Абсолют қара денеге қандай денелер жатады?
6. Кирхгоф. Стефан-Больцман, Вин I, II заңдарын түсіндіріңдер.
7. Стефан-Больцман, Вин тұрақты сандарының физикалық мәнін айтындар.
Достарыңызбен бөлісу: |