«атом және атом ядросының физикасы» ПӘнінен зертханалық ЖҰмыстарды орындауға арналған оқУ-Әдістемелік қҰрал
жүктеу/скачать 1,78 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Құрал – жабдықтар
| Зертханалық жұмыс №6
(құрал-жабдықтар арқылы) ГАЗ ЛАЗЕРІН ОҚУ Жұмыстың мақсаты: Құрылғымен танысу жəне оптикалық кванттық генераторды қолдануды үйрену, лазердің негізгі техникалық сипаттамасын -сəулеленудің толқын ұзындығын жəне кванттық энергиясын анықтау Құрал – жабдықтар: Жарық көзі, коллиматор, дифракциялық тор, миллиметрлік шкаласы бар экран, миллиметрлік сызғыш, лазер. Жұмыстың қысқаша теориясы Лазер алғаш рет көрінбейтін электромагниттік толқын үшін жасалған. Ол сəулелердің толқын ұзындығы ультракүлгіннен субмиллиметр диапазонда орналасқан. Оларды лазер деп атайды. Бірінші рет жасаған совет физиктері Басов пен Прохоров жəне американ ғалымы Таунс үшеуі осы еңбектері үшін Нобельдік сыйлық алған. Оптикалық лазердің жарық сəулелері толқын ұзындықтары бойынша жұмыс істейді. Лазердің негізгі қасиеттері: а) сəулесі монохроматты, яғни бір толқын ұзындығы бойынша шығады. б ) сəулелердің энергиясы жəне қуаты өте зор (металды балқытуға шамасы жетеді). в) сəулесі өте жіңішке жəне параллель шоқ түрінде тарайды. Оптикалық лазерді бірнеше түрге бөледі: 1.қатты денелі лазер (рубин кристалынан), 2. газды лазер (гелий) 3. химиялық лазер (химия реакциясы кезінде бөлінген жарықты күшейту). Денеге жарық сəулесі түскенде (5.1–сурет) –ден электрон деңгейге ауысады. Термодинамикалық тепе теңдік жағдайда астыңғы деңгейдегі молекулалар саны жоғарғы деңгейдегі электрондардың санынан артық болады. Көпшілік заттарда осы тепе теңдік сақталады, бірақ та ондай заттар лазер жасауға жарамайды. Кейбір заттарда белгілі бір жағдай тудырсақ, жоғары деңгейдегі электрондар саны , төменгі деңгейдегі электрондар саны -ден артық болуы мүмкін, . Ондай заттардың ішінде жарық сəулесі кенеттен күшейтілуі мүмкін. Олай болса олар лазер жасауға жарайтын зат болып есептеледі. Ондай заттарды оптикалық активті заттар деп атайды. Гелий-неон лазерлерінде (5.2–сурет) деңгейдегі электрондар алдымен деңгейіне шығады. Ол деңгейден электрондар қолма қол деңгейіне ауысады. Бұл деңгейде электрондардың орналасып тұратын уақыты үлкен болғандықтан, осы деңгейге электрондар жинала бастайды. Осылайша саны –ден артады. Яғни оптикалық лазер алатын жағдай туады. –деңгейде тұрған электрондар сыртқы сəуле əсерінен бір мезгілде төменгі деңгей –көшіп, күшейтілген жарық шығарады. Шыққан сəуленің толқын ұзындығы, жиілігі бірдей, себебі бір деңгейден ауысатын электрондардың сəулесі болып табылады. Барлық лазерлер бірдей принциппен жұмыс істейді. Схемасы мынадай: 1 -лазерлік түтікше; 2-сыртқы жарық көзі-толтырылу жарығы; 3-жарық шашыратқыш айна; 4-жартылай шашыратқыш айна жəне жарық шағылатын терезе Лазерді қосқан кезде (5.3–сурет) 2-ші жарық көзі импульсті жарық сəулесін береді. Ол жарық оптикалық активті денені жарықтандырып, жоғары энергетикалық деңгейін электрондармен толтыра бастайды. Сондықтан бұл жарықты толтырылу жарығы деп атайды. Электрондар деңгейіне орналасып болған соң біртіндеп төменгі деңгейге ауысып жарықтар шығара бастайды. Ол жарық сəулелері түтікшелердің бойымен тарап, айналардан шағылысып, түтікшелердің ішін бірнеше рет əрі бері өтеді. Бір кезде барлық электрондар төменгі орбитаға өтеді де, жарық күшейіп 4-терезеден сыртқа қарай шығады. Осындай принциппен істейтін лазерлер импульсті лазерлер деп аталады. 3-жəне 4-айналар бір-біріне өте дəл параллель болғаны дұрыс. Сонда ғана жарық сəулесі күшейіп жан-жаққа шашырамай бір бағытта ғана шығады. Импульсті лазердің бір кемшілігі бар. Олар үзіліссіз жұмыс істемейді. 1-сəуле импульсі мен 2-сəуле импульсінің арасында бос уақыт көп болады. Импульсті лазерлердің кемшіліктерін ескеріп жасалған жаңа типті лазерлер үздіксіз лазерлер деп аталады. Импульстық лазерлер радиолокацияда, астрономиялық зерттеулерде жəне басқа да ғылыми зерттеулерде қолданылады. ЖҰМЫСТЫҢ ОРЫНДАЛУ ТƏРТІБІ 1 тапсырма. Дифракциялық тордың көмегімен жарық толқын ұзындығын анықтау. (эксперименттік əдіс бойынша) 1.Дифракциялық тордан экранға дейінгі ара қашықтықты өлшеңіз жəне жазып алыңыз. Экранға милиметрлік қағазды немесе сызғышты орнатыңыз. 2. Элекрлік шамды қосып, экранда дифракциялық спектрдің айқын кескінін алыңыз. 3. Экрандағы жəне – сызықтардың арасындағы қашықтықты, I жəне II ретті спектрлердің толқын ұзындығын есептеп анықтаңыз. 4. Өлшеу нəтижелерін кестеге толтырыңыз. (түстерін бөлек, дифракциялық тордың тұрақтысын жəне жазып ал):
Өлшеу нəтижелерін өңдеу 1. , жəне есептеңіздер. 2. нанометрмен өрнектеу. 3. есептеңіз. 4. Егер алынған мəндер: қызыл– 760-620 нм, қызыл-сары– 620-590, сары – 590-575, күңгірт жасыл– 575-550, жасыл– 550-480, көк– 480-450, күлгін– 450-380 нм. интервалдарға сəйкес келсе, əдіс меңгерілді деп айтуға болады. 2 тапсырма. Дифракциялық тордың көмегімен газдық лазердің шағылуының толқын ұзындығын анықтау. 1. Лазердің құрылысымен, оны пайдалану ережесімен танысу. 2. Қауіпсіздік ережесін орындағаннан кейін, приборды қосыңыз (пайдалану ережесі бойынша орындау). 3. Нольінші реттік спектрден солға жəне оңға қарай I, II, III реттік спектрлік сызықтар арасындағы арақашықтықты өлшеп жазыңыз (дифракциялық спектрдің түрлі түсті жолақшалары, арақашықтық. 5.4-сурет). Өлшеу нəтижелерін өңдеу. 1. I, II, III рет үшін алынған нəтижелер бойынша сəулелердің толқын ұзындығының анықтау. 2. Техникалық құралдың көрсеткішінен алынған сəулеленудің толқын ұзындығының мəндерін алынған нəтижелермен салыстырыңыз. Тəжірибенің абсолют жəне салыстырмалы қателіктерін анықтаңыз. 3 тапсырма. Лазермен сəулелендірілген фотонның энергиясын есептеу. (Неондық деңгейдегі метастабильдік энергия) мына формула бойынша есептеңіз ( мəні алдыңғы тапсырмада анықталды, – Планк тұрақтысы; – вакуумдағы жарық жылдамдығы). Барлық өлшемдерді СИ жүйесінде алыңыз. БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ 1. Жарық дифракциясы деп нені айтады? 2. Дифракциялық тор дегеніміз не? 3. Дифракциялық тордың көмегімен толқын ұзындықты қалай анықтауға болады? 4. Кванттық оптикалық генератордың (лазер) құрылысын түсіндіріңіз. жүктеу/скачать 1,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|