Отчет по лабораторной работе №1

«Изучение режимов газового гелий-неонового лазера»

Цель работы: условие возникновения индуцированного излучения, изучение принципа действия газового гелий-неонового лазера

Оборудование: гелий-неоновый лазер.

Краткая теория:

В силу правил отбора у атомов многих элементов имеются энергетические уровни, с которых электрон не может непосредственно перейти на более низкий уровень. Эти уровни называются метастабильными состояниями. Электрон может перейти на такой уровень при соударениях с другим электроном или при переходе с более высокого уровня. Продолжительность пребывания электрона в метастабильном состоянии имеет порядок 10^-–3 с, в то время как в возбужденном состоянии – 10^–8 с.

Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из возбужденного состояния в основное, называется спонтанным излучением. Спонтанное излучение различных атомов происходит не когерентно, т.к. каждый атом начинает и заканчивает излучение независимо от других.

Излучение энергии атомом, при котором переход из метастабильного состояния в основное вызывается электромагнитным излучением соответствующей частоты называется вынужденным, или индуцированным, излучением.

Вероятность индуцированного излучения резко возрастает при совпадении частоты электромагнитного поля с собственной частотой излучения возбужденного атома. Вынужденное излучение имеет такую же частоту, фазу, поляризацию и направление распространения, как и вынуждающее излучение. Следовательно, вынужденное излучение строго когерентно с вынуждающим излучением, то есть испущенный фотон неотличим от фотона, падающего на атом. Испущенные фотоны, двигаясь в одном направлении и встречая другие возбужденные атомы, стимулируют дальнейшие индуцированные переходы, и число фотонов растет лавинообразно.

Излучение в резонаторе многократно отражается, образуя стоячие волны с определенными резонансными частотами. Продольные моды отличаются, как правило, только частотой, в то время как поперечные моды имеют существенно различное распределение интенсивности в сечении луча.

Так как свет представляет собой волну, то отражаясь между зеркалами резонатора, свет будет с усилением и ослаблением интерферировать сам с собой, что приводит к образованию стоячих волн или мод между зеркалами.

Эти стоячие волны образуют дискретный набор частот, известный как продольные моды резонатора. Только эти моды обладают такими частотами излучения, которые способны самоподдерживаться в полости резонатора, а все остальные частоты света подавляются деструктивной интерференцией. Для простых плоскозеркальных резонаторов поддерживаемые моды – это те, для которых расстояние между зеркалами L кратно половине длины волны света λ: L = qλ/2, где q является целым числом известным как порядок моды.

Рисунок 1 – Схема энергетических уровней He-Ne-лазера

Практическая часть: получили модовые изображения для трех He-Ne:

Вывод: в ходе данной лабораторной работы был изучен принципом работы He-Ne-лазера, а так получены изображения модовой структуры лазеров.