Теоретичні відомості

Розглянемо будову та принцип дії газового гелій-неонового лазера (рис. 7.17). Прилад складається з трубки 1, наповненої сумішшю газів: гелія (під парціальним тиском 1 мм рт. ст.} та неона (під парціальним тиском 0.1 лш рт.

ст.). Атоми неона є випромінюючими (робочими), атоми гелія - допоміжними, які необхідні для створення інверсної заселеності енергетичних рівнів атомів неона. Збудження атомів гелія досягають за допомогою тліючого електрич­ного розряду. Для створення тліючого розряду в трубку 1 вмонтовані електроди 2 і З, під'єднані до джерела електрич­ного струму.

Рис. 7.17.Будова газового гелій-неонового лазера.

На рис. 7.18 зображена система енергетичних рівнів атомів гелію та неона. Під дією електричного розряду атоми гелію переходять на збуджений рівень 2. Внаслідок непруж-ного зіткнення атоми гелія передають енергію атомам неона, які, збуджуючись, накопичуються на двох близько розташованих метастабільних рівнях 3. Таким чином, у трубці створюється середовище з інверсною заселеністю енергетичних рівнів.

Рис. 7.18. Система енергетичних рівнів атомів гелія та не­она.

Спонтанний перехід окремих атомів з двох мета­стабільних рівнів 3 на проміжний рівень 2 викликає появу фотонів, які спричинюють індуковане (вимушене) когерентне випромінювання з довжинами хвиль нм

(червоний діапазон) та (інфрачервоний діапазон). Для збільшення потужності випромінювання трубку 1 розміщують в дзеркальному резонаторі (рис. 9.38). Відбиваючись від дзеркал і проходячи багато разів вздовж вісі трубки, потік фотонів залучає до індукованих переходів дедалі більшу кількість атомів внаслідок чого інтенсив­ність випромінювання збільшується. Трубка 1 з торців закрита плоскопаралельними пластинками 4, які розташовані під кутом Брюстера до вісі трубки. Таке положення пластинок призводить до плоскої поляризації лазерного випромінювання.

Для визначення довжини хвилі випромінювання лазера в цій лабораторній роботі пропонується використати диф­ракційну решітку. Вона становить скляну пластинку, на яку через рівні проміжки а нанесені паралельні непрозорі штрихи шириною Величина називається періодом (або постійною) дифракційної решітки. При освіт­ленні решітки монохроматичним світлом відбувається яви­ще дифракції, внаслідок якої на екрані, розташованому за решіткою, спостерігається дифракційна картина (рис.7.40).

При нормальному падінні світла на решітку головні дифракційні максимуми характеризуються умовою

де - постійна решітки; - довжина хвилі випромінюван­ня; - кут, на який відхиляються промені, що утворили даний максимум; - ціле число, що називається порядком максимуму . Якщо нам відомі значення d, та то довжину хвилі випромінювання, що проходить крізь дифракційну решітку, визначають за такою форму­лою:

Оскільки, як правило, кути дифракції φ_k є малими, можна вважати, що

де - відстань на екрані між максимумами нульового та -того порядків; - відстань між решіткою та екраном.