Lazerio spinduliuotės savybių tyrimas

Ištrauka

LAZERIŲ FIZIKOS LABORATORINIAI DARBAI
Lazerio spinduliuotės savybių tyrimas

Turinys
Darbo tikslas: 3
Darbo užduotys: 3
Kontroliniai klausimai: 3
Teorija: 4
1. Lygmenų sužadinimas dujiniuose lazeriuose 4
2. Kokiu būdu He-Ne lazeryje sukuriama lygmenų apgrąža? 4
3. Lygmenų sužadinimas lazeriniuose dioduose 5
4. Kas yra rezonatoriaus modos? Koks gretimų modų dažnių skirtumas? 5
5. Kaip atrenkamos skersinės ir išilginės modos? 6
6. Kaip formuojamos lazerio spinduliuotės spektrinės charakteristikos? 6
7. Fabri – Pero interferometras 7
8. Erdvinis ir laikinis koherentiškumas 8
Matavimų rezultatai 10
Išvados 17

Darbo tikslas:
Ištirti He-Ne lazerio ir lazerinio diodo spinduliuočių spektrines charakteristikas ir erdvinį
koherentiškumą.

Darbo užduotys: 
1. Suderinti He-Ne lazerio optinio pluošto sklidimą išilgai optinio bėgio.
2. Fabri - Pero interferometru išmatuoti He-Ne lazerio spinduliuotės bangos ilgį ir spektro plotį.
3. Išmatuoti He-Ne lazerio optinio pluošto erdvinį koherentiškumą.
4. Suderinti lazerinio diodo optinio pluošto sklidimą išilgai optinio bėgio .
5. Fabri - Pero interferometru išmatuoti lazerinio diodo spinduliuotės spektrą.
6. Išmatuoti lazerinio diodo optinio pluošto erdvinį koherentiškumą.

Kontroliniai klausimai: 
1. Lygmenų sužadinimas dujiniuose lazeriuose.
2. Kokiu būdu He-Ne lazeryje sukuriama lygmenų apgrąža?
3. Lygmenų sužadinimas lazeriniuose dioduose.
4. Kas yra rezonatoriaus modos? Koks gretimų modų dažnių skirtumas?
5. Kaip atrenkamos skersinės ir išilginės modos?
6. Kaip formuojamos lazerio spinduliuotės spektrinės charakteristikos?
7. Fabri – Pero interferometras.
8. Erdvinis ir laikinis koherentiškumas.

Teorija:
1. Lygmenų sužadinimas dujiniuose lazeriuose.
Skirtingai nei kietojo kūno lazeriuose, dujinėse terpėse energinių lygmenų išplitimas
yra nežymus (faktiškai vienintelis svarbus lygmenų išplitimo mechanizmas yra dėl Doplerio
efekto), tad dujų lazeriai, kaip taisyklė, generuoja siauro spektro spinduliuotę. Dujos yra skaidrios
labai plačiame spektriniame diapazone, jų atomų ar molekulių energijos lygmenys paprastai
išsidėstę pakankamai plačiai, o lygmenų energija (pagrindinio lygmens atžvilgiu), kaip taisyklė, yra
didelė. Didelis dujų kvantinis defektas reiškia, kad dujų lazeriai negali būti kaupinami optiškai, nes
dujos yra skaidrios plačiame optiniame diapazone. Tai kartu reiškia, kad didelė kaupinimo energijos
dalis nėra panaudojama lazerio spinduliuotei, taigi šia prasme dujų lazeriai yra mažiau efektyvūs,
nei kietojo kūno lazeriai. Beveik visi dujų lazeriai yra kaupinami elektros išlydžiu: dujose leidžiant
srovę, sukuriamas tolygus elektros išlydis išilgai dujų vamzdžio. Elektronai, išėję iš katodo, yra
greitinami elektrinio lauko, ir susidurdami su dujų molekulėmis, perduoda savo kinetinę energiją,
taip jas sužadindami. Daugeliu atvejų kaip lazerinės terpės yra naudojamos žemo slėgio dujos,
kadangi tokiose dujose yra lengviausia sukurti homogeninį išlydį. Dujų mišiniai yra naudojami
siekiant smarkiai padidinti elektrinio kaupinimo efektyvumą: priemaišinės dujos parenkamos
tokios, kurių energiniai lygmenys būtų artimi spinduliuojančių dujų lygmenims. Tam tikrų dujų
lazeriai yra kaupinami chemiškai: užpildos apgrąža pasiekiama dėl energijos išsiskiriančios
cheminių reakcijų metu (cheminiai lazeriai) ar trumpam sukuriant molekules (dimerus), kurios
egzistuoja tik sužadintoje būsenoje (eksimerų lazeriai).
2. Kokiu būdu He-Ne lazeryje sukuriama lygmenų apgrąža?
Dujose gauti užpildos apgrąžą yra sunkiau nei kietojo kūno lazerių atveju. Nors bendri
reikalavimai lazeriniams lygmenims yra vienodi visoms lazerinėms terpėms, dujinės terpės turi tam
tikrą specifiką. Ją galima trumpai apibendrinti kaip faktorius, mažinančius viršutinio lazerinio
lygmens gyvavimo trukmę:
• susidūrimai tarp sužadintų dujų atomų (molekulių ar jonų) ir elektronų: sužadinimo energija gali
būti konvertuojama į elektrono kinetinę energiją;
• susidūrimai tarp sužadintų ir nesužadintų atomų. Taip prarandami lazerinių lygmenų sužadinimai,
nes jie perskirstomi tarp kitų lygmenų;
• sužadintų atomų susidūrimai su vamzdžio sienelėmis;
• savaiminė spinduliuotė.
Taigi, norint pasiekti užpildos apgrąžą dujose, įjungus kaupinimą, ir nusistovėjus tam
tikrai pusiausvyrai, kaupinimo sparta turi būti pakankamai didelė.
3. Lygmenų sužadinimas lazeriniuose...