10.ГЕЛИЙ, НЕОН АТОМДАРЫ ЖӘНЕ ГЕЛИЙ-НЕОН ЛАЗЕРІ ШЫҒАРАТЫН ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК СӘУЛЕ СПЕКТРІН ЗЕРТТЕУ. ЛАЗЕРДІҢ ЖҰМЫС ІСТЕУ ПРИНЦИПІ

10. ГЕЛИЙ, НЕОН АТОМДАРЫ ЖӘ НЕ ГЕЛИЙ-НЕОН ЛАЗЕРІ ШЫҒ АРАТЫН ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК СӘ УЛЕ СПЕКТРІН ЗЕРТТЕУ. ЛАЗЕРДІҢ ЖҰ МЫС ІСТЕУ ПРИНЦИПІ

10. 1. Жұ мыстың мақ саты мен мазмұ ны

Не-Ne лазерi жә не жарық тың оптикалық кванттық кү шейткiшi қ ұ рылысымен, жұ мыс iстеуi физикалық принциптерiн оқ ып-ү йрену, лазердiң негiзгi сипаттамаларын тә жiрибеде анық тау: шығ аратын сә уле толқ ын ұ зындығ ын, лазерлық шоқ тың кең еюiн, жә не поляризациясын; гелий, неон атомдары жә не Не-Ne лазерi шығ аратын жарық спектрлерiне салыстырмалы зерттеу жү ргізу.

Теория саласында студент жарық тың шығ арылу жә не жұ тылуы-Эйнштейн коэффициенттерi, Планк формуласы, Брюстер, Малюс заң дары, Брюстер бұ рышымен байланысты мә селелердi оқ ып-ү йрену, жә не де лазердiң жұ мыс iстеуiнiң негiзгi принциптерiн ұ ғ ып алу, газ лазерiн қ олдана бiлудi игеру [1-10].

10. 2. Аппаратура

Не-Ne лазерi, гелий жә не неон қ оспасы бар газ разрядтық тү тік, қ оректендiру кө зi, неон шам, сә уле қ абылдағ ыш (фотоэлемент, фотодиод), поляризатор, УМ-2 монохроматоры.

10. 3. Қ ысқ аша теория

Ө ткен ғ асырдың 60-шы жылдардың басында пайда болғ ан лазерлер жиiлiктердiң оптикалық диапазонында жұ мыс iстейтiн жарық кө зi ретiнде кең қ олдану тапты. «Лазер» терминi ағ ылшынша индукцияланғ ан (ерiксiз) жарық шығ ару кө мегiмен жарық тербелiстерiн кү шейту деген сө з тiркестерiнiң бiрiншi ә рiптерiнен қ ұ ралғ ан. Оптикалық диапазондағ ы кванттық электроника саласындағ ы прогресс лазер сә улесiнiң жоғ ары сапасына-жоғ ары уақ ыттық жә не кең iстiктiк когеренттiгi, монохроматтылығ ы жә не аса бағ ыттылығ ына байланысты. Лазер сә улесiн тиiмдi фокустауғ а болады, бұ л лазер шоғ ында энергияның ө те ү лкен тығ ыздығ ын алуғ а мү мкіндiк бередi. Лазерлердiң осы мү мкіншiлiктерi радиоэлектрониканың локация, навигация, байланыс, телевизия, есептеу техникасы сияқ ты салаларын дамыту ү шін елеулi мә нi бар. Лазерлердiң технологиялық қ олданулары да белгiлi.

Лазер ү ш элементтен-активтi орта, қ оздыру жү йесi (толтыру кө зi), резонатордан тұ рады (10. 1-сурет).

Сурет 10. 1 Лазердің жалпы схемасы[42]

Лазерлердегi жарық тың кү шею жә не генерация қ ұ былысының мә нiсiн ұ ғ ыну ү шін электромагниттiк сә уленiң атомдық жү йемен ә серлесуiнiң элементар процестерiн толығ ырақ қ арастыру керек.

10. 3. 1. Кванттық ауысулар. Атомның дең гейдегi ө мiр сү ру ұ зақ тығ ы. Атомның энергия кү йiнiң ө згерiп, жарық шығ ару не жұ тумен қ абаттаса жү руi кванттық ауысулар деп аталады. Дең гейлер арасындағ ы ауысулар ық тималдық «тiлiмен» сипатталады. Егер энергияны жұ ту немесе жарық шығ аруғ а сә йкес келетiн ауысу ық тималдығ ы ү лкен болса, онда мұ ндай ауысулар рұ қ сат етiлген кө шулер деп аталады. Тиым салынғ ан деп аталатын ауысулар да болады. Рұ қ сат етiлген ауысуларғ а қ арағ анда олардың ық тималдығ ы ө те аз (шамамен 1000 есе). Кванттық кү йлер арасында ауысудың болу не болмауын анық тайтын ережелер-сұ рыптау ережелерi деп аталады. Ауысу ық тималдығ ының ө лшеуiшiне атомның дең гейдегi ө мiр сү ру ұ зақ тығ ы алынады. Ол қ озғ аннан кейiн қ анша уақ ыттан соң ауысу болатынын анық тайды. Қ озғ ан дең гейлердiң кө пшiлiгiнде атомның ә детте ө мiр сү ру уақ ыты t~10^-7-10^-8 с. Ауысуғ а тиым салынғ ан жоғ ары дең гейлер метаорнық ты дең гейлер деп талады. Бұ л дең гейлерде атомдардың ө мiр сү ру уақ ыты 1000, тiптi миллион есе ұ зақ болады.

Бө лшек (атом не молекула) бiр энергетикалық дең гейден екiншi дең гейге ауысқ анда бө лшектiң iшкi энергиясы осы дең гейлер энергияларының айырмасына тең шамағ а ө згередi. Жоғ арырақ дең гейге ауысқ анда бө лшек энергияны жұ тады, ал тө менiрек дең гейге ауысқ анда-шығ арады. Кванттық ауысулар кезiнде электромагниттiк сә уле шығ арылуы не жұ тылуы сондай-ақ ешқ андай сә уле шығ арылмауы да жұ тылмауы да мү мкін. Жиiлiгi v_ik электромагниттiк толқ ын тү рінде шығ арылғ ан (не жұ тылғ ан) энергия ү шін мына iргелi заң орындалады (Бордың жиiлiктер шарты):

(10. 1)

10. 3. 2. Жарық шығ ару жә не жұ ту процестерi. Эйнштейн коэффициенттерi. Оң ашаланғ ан атом ө зiнiң энергетикалық кү йiн ө згертуi ү шін ол фотон жұ тып (энергия қ абылдап), жоғ арырақ энегетикалық дең гейге кө терiлуi керек, немесе фотон шығ арып, тө менiрек энергетикалық дең гейге тү суi тиiс. Егер атом қ озғ ан кү йде болса, онда бiраз уақ ыттан соң тө менiрек кү йге ауысып жә не фотон шығ аруы ық тимал. Егер осы қ озғ ан атом орналасқ ан кең iстiкте электромагниттiк ө рiс болмаса, онда атомның тө менгi кү йге ауысу процесiне байланысты фотон шығ аруы спонтандық (ө здiгiнен) жарық шығ ару делiнедi. Спонтандық жарық шығ ару когеренттi болмайды, себебi бұ л жағ дайда жеке атомдар бiр-бiрiнен тә уелсiз жарық шығ арады. Ендi атомдар жайғ асқ ан кең iстiк бө лiгiнде электромагниттiк ө рiс болсын жә не ө рiс жиiлiгi атом шығ аратын фотон жиiлiгiндей болсын делiк. Бұ л жағ дайда да атомдардың тө менгi кү йге спонтандық ауысулары болады жә не олар ө рiс жоқ кездегiдей ө тедi. Бiрақ сыртқ ы электромагниттiк ө рiс атомдарды жарық шығ аруғ а мә жбү р етедi, олардың тө менгi энергетикалық кү йге ауысу ық тималдығ ын арттырады. Оның ү стіне осы жағ дайда атомдар электромагниттiк ө рiстiң жиiлiгi, таралу бағ ыты жә не поляризациясы дә л сыртқ ы электромагниттiк ө рiстiкiндей жарық шығ арады, яғ ни жарық когеренттi болады. Осылай жарық шығ ару индукцияланғ ан жарық шығ ару деп аталады жә не кө шу ық тималдығ ы сыртқ ы электромагниттiк ө рiс энергиясының тығ ыздығ ына байланысты болады: неғ ұ рлым энергия тығ ыздығ ы ү лкен болса, ық тималдық та соғ ұ рлым ү лкен болады.

Екi жағ дайда да кө шудi ұ йымдастыруғ а сыртқ ы электромагниттiк ө рiс энергиясы жұ мсалмайды, сондық тан оның шамасы шығ арылғ ан фотон энергия шамасына артады. Бiрақ осыларғ а керi процестер де жү редi: атомдар фотондарды жұ тып, қ озғ ан кү йге ауысады, соның нә тижесiнде электромагниттiк ө рiс энергиясы кемидi.

Осы процестердi қ арастырайық. Ө те сиретiлген газ алайық. Бұ л жағ дайда газ атомдарының бiр-бiрiне ә серiн, сонымен қ оса сә уле шығ армайтын ауыcуларды ескермеуге болады. Атомдар тек екi кү йде: тө менгi қ озбағ ан 1-кү йде жә не жоғ арғ ы қ озғ ан 2-кү йде бола алады деп қ арастырайық. t уақ ыт мезетiнде бiрлiк кө лемдегi 1 жә не 2-кү йлерде орналасқ ан атомдар саны N₁жә не N₂ болсын. dt уақ ыт аралығ ында атомдардың бiр бө лiгi қ озғ ан 2-кү йден қ озбағ ан 1-кү йге спонтандық ауысу жасайды. Осы атомдардың саны 2-кү йдегi атомдар санына, уақ ыт аралығ ына пропорционал:

, (10. 2)

мұ ндағ ы А₂₁ атомның 2-кү йден 1-кү йге спонтандық ауысу ық тималдығ ы. Осыдан кез-келген уақ ыт мезетiндегi қ озғ ан кү йдегi атомдар санын табуғ а болады:

, (10. 3)

мұ ндағ ы N₂₀ бастапқ ы уақ ыт мезетiнде бiрлiк кө лемдегi 2-кү йдегi атомдар саны.

Спонтандық шығ арылғ ан жарық тың қ уаты (10. 2) тең дiкке сә йкес мынағ ан тең болады:

яғ ни спонтандық шығ арылғ ан жарық қ уаты уақ ытқ а байланысты экспоненциялық заң бойынша кемидi.

Ендi атомдар ν ₂₁ жиiлiгiне сә йкес энергия тығ ыздығ ы r жарық ө рiсiнде орналасқ ан дейiк. Сонда атомдардың электромагниттiк ө рiспен ә серлесуi нә тижесiнде индукцияланғ ан жарық шығ ару пайда болады. Эйнштейннiң болжауы бойынша уақ ыт бiрлiгiндегi 2®1 индукцияланғ ан ауысу ық тималдығ ы электромагниттiк ө рiс энергиясының ауысу жиiлiгiндегi r тығ ыздығ ына пропорционал, яғ ни

, (10. 4)

мұ ндағ ы В₂₁- индукцияланғ ан жарық шығ ару ү шін Эйнштейн коэффициентi.

Жарық шығ аратын 2®1 ауысулардың толық ық тималдылығ ы ық тималдық тардың (спонтандық жә не индукцияланғ ан) қ осындысына А₂₁+В₂₁r тең болғ андық тан, dt уақ ыт аралығ ында ө тетiн 2®1 ауысулардың толық саны мынағ ан тең:

(10. 5)

Атомның жарық квантын жұ ту w₁₂ ық тималдығ ы жарық ө рiсi энергиясының ауысу жиiлiгiндегi r тығ ыздығ ына пропорционал, яғ ни

(10. 6)

мұ ндағ ы В₁₂-тұ рақ ты шама, жұ тылуғ а арналғ ан Эйнштейн коэффициентi. Осыдан 1®2 ауысулардың dn₁₂ саны былай ө рнектеледi:

(10. 7)

А₂₁, В₁₂, В₂₁-Эйнштейн коэффициенттерi деп аталатын тұ рақ ты шамалар; бұ лар берiлген атомдық жү йенiң жеке қ асиеттерiн сипаттайды. Осы коэффициенттерге сә йкес жарық шығ аратын жә не жұ татын кванттық ауысулар шартты тү рде 10. 2-суретте кө рсетiлген.

Термодинамикалық тепе-тең дiк жағ дайында тө мен 2®1 ауысулардың толық саны жоғ ары 1®2 ауысулар санына тең, яғ ни (10. 5) жә не (10. 7) формулалары бойынша тепе-тең дiк шарты орындалуы тиiс:

, (10. 8)

осыдан , (10. 9)

ал N₂/N₁ қ атынасы термодинамикалық тепе-тең дiк жағ дайында Больцман заң ы бойынша анық талады:

(10. 10)

мұ ндағ ы g₁, g₂ дең гейлердiң статистикалық салмағ ы (азғ ындалу дә режесi), олар атомның қ анша тә уелсiз кү йi бiрдей энергия қ абылдайтынын кө рсетедi; k=1, 38× 10^-23Дж× К^-1Больцман тұ рақ тысы; Т -абсолют температура.

(10. 9) жә не (10. 10) тең дiктерiнен энергияның спектрлiк тығ ыздығ ын табамыз:

(10. 11)

Егер температура ө те жоғ ары болса, онда жарық шығ ару r тығ ыздығ ы ө те ү лкен мә н қ абылдайды, осы жағ дайда (10. 11) тең дiгiнiң бө лiмi нольге ұ мтылуы тиiс. Сондық тан

(10. 12)

Азғ ындалмағ ан дең гейлердiң статистикалық салмағ ы бiрге тең болады: g₁=g₂=1, сонда

(10. 13)

Осы тең дiкке сә йкес r былай ө рнектеледi:

(10. 14)

Ендi (10. 14) ө рнегiн Планктың сә уле шығ ару заң ымен

(1015)

салыстыра келiп, А₂₁жә не В₂₁ коэффициенттерiн байланыстыратын ө рнек табамыз:

(10. 16)

(10. 12), (10. 13), (10. 16) формулалары А₂₁, В₂₁, В₁₂ Эйнштейн коэффициенттерiн байланыстыратын қ атынастарды бередi. Бұ л ө рнектер Эйнштейн тең дiктерi деп аталады. Сонымен, барлық ү ш процестi спонтандық жә не индукцияланғ ан жарық шығ ару, жарық жұ ту процестерiн сипаттау ү шінА₂₁, В₂₁, В₁₂ коэффициенттерiнiң бiреуi белгiлi болса жеткiлiктi. Ә детте спонтандық А₂₁ ауысу ық тималдығ ы атомдық тұ рақ ты ретiнде алынады.

Сурет 10. 2 Спонтандыкө шу [42]

Жоғ арыда атомның тек негiзгi жә не жалғ ыз ғ ана қ озғ ан кү йлерi арасындағ ы кванттық ауысулар жайында айтылды. Ал атомдардың кө птеген ә ртү рлі энергетикалық кү йлерi болады жә не электромагниттiк сә уле шығ ару жә не жұ тылу ауысулары кез-келген дең гейлер арасында болуы мү мкін. Осындай атом жү йелерi ү шін (10. 13), (10. 16) Эйнштейн тең дiктерiн кез-келген екi энергия дең гейi ү шінжазуғ а болады.

10. 3. 3. Активтi орта. Жарық тың кү шею шарты. Энергиясы Е₂ дең гейге атомдарының кө пшiлiгi қ оздырылғ ан затты қ арастырайық. Осы қ озғ ан атомдар саны (N₂) энергетикалық дең гейдiң қ оныстануы деп аталады. Егер заттың 2-дең гейiнiң қ оныстануы тө мен орналасқ ан 1-дең гейдiң қ оныстануынан артық, яғ ни N₂> N₁ болса, онда заттың осы кү йi инверсиялық қ оныстанғ ан кү й, ал инверсиялық қ оныстандырылғ ан зат активтi ортадеп аталады.

Активтi орта-сә уле шығ ару нә тижесiде лазер сә улесi пайда болатын арнайы таң далып алынғ ан атомдары, иондары немесе молекулалары бар қ атты, сұ йық немесе газ кү йiндегi зат. Осы атомдар (иондар, молекулалар) активтi центрлердеп аталады. Бұ лар активтi ортаны тү зетiн барлық атомдардың азғ ана бө лiгi. Активтi центрдiң лазер сә улесi пайда болатын дең гейлерi жоғ арғ ы жә не тө менгi жұ мыстық дең гейлер болып бө лiнедi, ал олардың арасында болатын ауысу жұ мыстық ауысудеп аталады. Егер жұ мыстық дең гейлердiң энергияларының айырмасы Е₂-Е₁=hw₂₁=hv₂₁ болса, онда ν ₂₁ жұ мыстық ауысудың жиiлiгi болады.

Ендi активтi ортадан ө ткенде жарық тың кү шею шартын қ арастырайық. Жоғ арыда энергиясы hv₂₁ фотон бiрдей ық тималдық пен 1®2 ауысуын, сол сияқ ты 2®1 ауысуын мә жбү р ете (индукциялай) алатыны айтылғ ан едi. Қ ай ауысу басым болуы фотонмен ә серлесетiн активтi центрдiң қ ай дең гейде орналасуына байланысты. Егер тө менгi жұ мыстық дең гейде жоғ арғ ы дең гейге қ арағ анда активтi центрлер кө бiрек болса, онда жарық тың жұ тылу процесi басым болады. Егерде, керiсiнше, 1-дең гейде, 2-дең гейге қ арағ анда, активтi центрлер аз болса, онда ерiксiз сә уле шығ ару басым болады.

Бiрақ қ алыпты жағ дайда, соның iшiнде термодинамикалық тепе-тең дiк жағ дайында заттың активтi центрiнiң энергиясы тө мен дең гейлерi, энергиясы жоғ ары дең гейлерге қ арағ анда, кө бiрек қ оныстанғ ан болады, яғ ни N₂< N₁. Сондық тан ерiксiз «тө мен» ауысулар нә тижесiнде толқ ынның кү шеюiнен, оның «жоғ ары» резонанстық ауысулар арқ асында ә лсiреуi басымырақ болады.

Осығ ан сай қ алыпты жағ дайда заттан ө ткенде жарық энергиясы (интенсивтiгi) ө спейдi, кемидi. Бұ дан iргелi қ орытынды шығ ады: заттан ө ткен жарық ә лсiремей, керiсiнше кү шеюi ү шін, зат дең гейлерiнiң қ оныстануын жасанды тү рде ө згерту қ ажет: атомдардың жоғ арғ ы 2-дең гейiнiң қ оныстануын (N₂) арттырып, тө менгi 1-дең гейдiң қ оныстануын (N₁) кемiту керек. Заттың осындай активтi кү йi қ оныстанудың инверсиялық (тө ң керiлген) кү йi деп аталатыны жоғ арыда айтылды.

Инверсиялық қ оныстану жасалғ ан активтi ортаны қ арастырайық. Осы ортада жиiлiгi v₂₁ жарық тараса, онда ол заттан ө ткен сайын кү шейе тү седi, себебi 2®1 ерiксiз ауысу саны 1®2 жұ ту санынан басым болады. Сонымен, жарық тың кү шеюi атомдардың iшкi энергиясы есебiнен болады. Басқ аша айтқ анда, заттан фотонның ө туi дә л ө зiндей жаң а фотондар туғ ызады, затта фотондардың тасқ ынды кө беюi байқ алады (10. 3-сурет).

Активтi ортағ а тү сетiн фотон саны (жарық интенсивтiгi) неғ ұ рлым кө п болса, соғ ұ рлым ерiксiз «тө мен» ауысулар да кө п болады. Басқ а сө збен айтқ анда, ортаның ә р бө лiгiндегi электромагниттiк энергияның ө су жылдамдығ ы сол энергия шамасына пропорционал, яғ ни сол бө лiктегi фотонның санына пропорционал.

Интенсивтiгi I жазық монохромат электромагниттiк толқ ын активтi ортада z бағ ыты бойынша таралады дейiк (10. 4-сурет). Сонда активтi ортадан ө ткенде жарық интенсивтiгiнiң ө згеруiн мынадай формуламен ө рнектеуге болады:

(10. 17)

мұ ндағ ы a-активтi ортаның кванттық кү шейту коэффициентi деп аталады жә не ол активтi орта қ асиеттерiнiң мө лшерлiк сипаттамасы болады, a-ның ө лшем бiрлiгi см^-1.

Бұ л ө рнектi интегралдасақ, мынадай (10. 18) формула шығ ады:

Сурет 10. 3 Жарық тың заттан ө туі Сурет10. 4 Жарық тың активті ортада таралуы

Сурет 10. 5

1- ;

2- ;

(10. 18)

мұ ндағ ы I₀-жарық тың затқ а тү скенге дейiнгi бастапқ ы интенсивтiгi.

Демек, электромагниттiк толқ ын интенсивтiлiгi активтi ортада жү рген z жолына байланысты экспоненциялық заң дылық пен ө седi. Егер z=1/a болса, онда (10. 18) тең дiк бойынша I=I₀× e=I₀× 2, 72 болады. Сө йтiп, қ алың дығ ы кванттық кү шейту коэффициентiнiң керi шамасына тең активтi орта қ абатынан ө ткенде жарық тың интенсивтiлiгi 2, 72 есе артады.

Ескеретiн нә рсе: Бугер-Ламберт заң ы бойынш , мұ ндағ ы k_v коэффициентi, см^-1. болғ ан жағ дайда жұ ту коэффициентi оң таң балы, сондық тан толқ ын интенсивтiгi z қ ашық тық қ а байланысты кемидi (экспоненциялық заң бойынша). Ал қ оныстанудың инверсиясы жасалғ ан жағ дайда, яғ ни болғ анда, жұ ту коэффициентi терiс, толқ ын интенсивтiгi экспоненциялық заң бойынша ө седi. Кванттық электроникада терiс жұ ту коэффициентi кү шейту коэффициенті деп аталады жә не ол былай белгiленедi: a= -k_v.

Кванттық кү шейту коэффициентiн активтi орта дең гейлерiнiң қ оныстануы арқ ылы ө рнектеуге болады.

Ерiксiз сә уле шығ ару жә не жұ ту процестерi активтi ортада бiр мезгiлде ө рбитiндiктен, жарық интенсивтiгiнiң (фотондар ағ ынының ) заттың қ алың дығ ы dz қ абатынан ө ткендегi ө згерiсi мына формуламен анық талады:

(10. 19)

Бұ л тең дiк 1®2, 2®1 кө шулерi нә тижесiнде dz қ абатында жұ тылғ ан (hvN₁B₁₂rdz) жә не ерiксiз шығ арылғ ан (hvN₂B₂₁rdz) кванттар саны ескерiлiп алынды. (10. 17) жә не (10. 19) тең дiктерiн салыстырсақ, онда кванттық кү шейту коэффициентi мынағ ан тең болады:

(10. 20)

азғ ындалғ ан дең гейлер ү шін

Егер a> 0 болса, онда атомдар жү йесі жарық ты кү шейтедi, егер a< 0 болса, онда ортадан жарық ө ткен сайын, оның интенсивтiгi кеми бередi, жарық жұ тылады.

Термодинамикалық тепе-тең дiк жағ дайында атомдар (10. 10) Больцман заң ына сә йкес жеке энергетикалық дең гейлер бойынша таралып қ оныстанады. Егер N₁g₂> N₂g₁ болса, онда (10. 20) кү шейту коэффициентi терiс болады жә не сә уле шығ ару интенсивтiгi атомдар қ абатынан ө ткенде кемидi. Керiсiнше, дең гейлер инверсиялық қ оныстанғ ан ортада N₁g₂< N₂g₁кү шейту коэффициентi нольден ү лкен жә не жарық ортадан ө ткенде атомдардың қ озу энергиясы есебiнен кү шейетiн болады.

Сонымен, зат ө зiнен ө тетiн жиiлiгi v₁₂ толқ ынды кү шейту ү шін бiрiншiден, зат бө лшектерiнiң энергия айырымы hv₁₂=E₂-E₁ болатын кем дегенде екi энергетикалық дең гейi болуы, екiншiден, N₂> N₁ шарты орындалуы керек. Бұ л шарттар қ ажеттi, бiрақ жеткiлiктi емес. Реал заттарда ә рқ ашан толқ ынның 1®2 ауысуларғ а тә уелсiз, қ осымша ә лсiреуi болады.

Активтi ортада толқ ын таралғ анда, оның интенсивтiгiнiң бiраз бө лiгi ә р тү рлі шығ ынғ а ұ шырап, жоғ алуы мү мкін (мысалы, ортаның бiртектi болмауынан шашырауы т. б. ).

Сонда ортада толқ ын таралғ анда тек шығ ын есебiнен оның интенсивтiгiнiң ө згеруi мына тең дiк бойынша ө рнектеледi:

, (10. 21)

мұ нда b-жоғ алту (шығ ын) коэффициентi, активтi ортада шығ ындарды мө лшерлiк сипаттау ү шін қ олданылады.

Егер активтi ортаның кү шейткiштiк қ асиеттерiмен қ атар, тудыратын шығ ындарын ескерсек, онда активтi ортадағ ы толқ ын интенсивтiгiнiң ө згеруi былайша ө рнектеледi:

(10. 22)

(10. 22) тең деуiн интегралдасақ, онда

(10. 23)

Бұ л ө рнек активтi ортада электромагниттiк толқ ын таралғ анда, оның интенсивтiгiнiң ө згеруiн анық тайды. Осыдан кванттық кү шейтудiң ү шіншi шарты келiп шығ ады: активтi атомдардың ерiксiз сә уле шығ аруы заттағ ы электромагниттiк энергияның шығ ынының орнын артығ ымен толтыра алатындай болуы тиiс. Толқ ын интенсивтiгi ортада ө суi ү шін, кванттық кү шейту коэффициентi нольден ү лкен болумен қ атар, активтi ортадағ ы жоғ алту коэффициентiнен де артық болуы керек. Бұ л активтi орта арқ ылы ө тетiн электромагниттiк сә уле ү шін сол ортаның кү шейткiш болу шарты.

10. 3. 4. Инверсия жасау тә сiлдерi. Дең гейлерi инверсиялық қ оныстанғ ан зат арқ ылы ө ткен жарық қ ана кү шейтiлуi мү мкін екендiгi кө рсетiлген болатын. Заттың инверсиялық қ оныстанғ ан кү йi тепе-тең дiк кү й емес. Дененi осы кү йге келтiру ү шін энергияның белгiлi бiр тү рі жұ мсалуы тиiс. Ал бұ л «толтыру» деп аталатын қ оздыру процесi кезiнде жү зеге асырылады.

Толтыру схемалары. Берiлген ортада (затта) инверсиялық қ оныстанғ ан кү йдi жасау мә селесiн қ арастырайық. Инверсия пайда болу ү шін жиiлiгi v=(E₂-E₁)/h қ уатты электромагниттiк толқ ын мен ортаның ө зара ә серлесуi жеткiлiктi сияқ ты. Жылулық тепе-тең дiк жағ дайында 1-дең гей 2-дең гейден кө бiрек қ оныстанатындық тан, жұ тылу ерiксiз сә уле шығ арудан басым болады, яғ ни тү скен толқ ын ә серiнен 1®2 кө шулер 2®1 кө шулерiнен кө п болады. Сондық тан инверсиялық қ оныстануды осылай жасау мү мкін сияқ ты. Бiрақ бұ лай болмайды екен. Дең гейлердiң қ оныстануы бiрдей (N₂=N₁) болатындай жағ дай туғ ан кезде, ерiксiз сә уле шығ ару жә не жұ тылу процестерi тең еседi; (10. 20) ө рнекке сә йкес жиiлiгi v электромагниттiк толқ ын ү шін орта жұ тпайтын мө лдiр ортағ а айналады (a=0). Осы жағ дайды, ә детте, екi дең гейлiк қ анығ у деп атайды.

Сонымен, тек екi дең гейдi пайдаланып қ оныстанудың инверсиясын алу мү мкін емес екен. Инверсиялық қ оныстану ү ш жә не одан да кө п энергетикалық дең гейлердi пайдалану арқ ылы алынады. Осығ ан байланысты лазерлiк орталар ү ш жә не тө рт дең гейлi орталар деп аталады.

10. 6-суретте лазерлiк дең гейлердiң принциптiк схемалары келтiрiлген. Мұ ндағ ы белгiлер: О-негiзгi дең гей, 1-тө менгi, 2-жоғ арғ ы жұ мыстық дең гей, 3-қ оздыру дең гейi. Қ оздыру (толтыру) - тiк жоғ ары бағ ытталғ ан стрелка, жұ мыстық ауысу тiк тө мен бағ ытталғ ан стрелка, қ осымша ауысулар - қ иғ аш стрелкалар арқ ылы белгiленген.

3 3

2 2; 3 2

0; 1 1

а0

б в

Сурет 10. 6 Лазерлiк дең гейлердiң принциптiк схемалары келтiрiлген

Ү ш дең гейлi схемада 2-дең гей, мұ ндағ ы активтi центрлердiң ө мiр сү ру t₂ (10^-4-10^-2с) уақ ыт 3-дең гейдегi ө мiр сү ру t₃ (10^-8с) уақ ытынан жеткiлiктi ұ зақ болатындай таң далып алынады. Сонда 2-дең гей метаорнық ты, ал 3 ®2 жә не 1 ®3 оптикалық кө шулерi рұ қ сат етiлген болуы мү мкін. Қ андай болмасын бiр амалмен қ оздырылғ ан активтi центрлер 0-дең гейден 3-дең гейге кө терiледi. Сә уле шығ арып 3 ®2 спонтандық ауысулар, немесе соқ тығ ысу процестерi жә не қ озу энергиясының бiраз бө лiгi жылуғ а айналуынан 3-дең гей сә уле шығ армай босап, нә тижеде 2-дең гей бө лшектермен толтырылады. Соның нә тижесiнде 1 жә не 2-дең гейлер арасындағ ы инверсиялық қ оныстану шарты оң ай орындалады. 10. 6. а-суретте тө менгi дең гей ә рi негiзгi, ә рi тө менгi жұ мыстық дең гей болып тұ р. Тө менгi жұ мыстық дең гейдiң бiршама аз қ оныстанғ аны керек, бiрақ негiзгi дең гей ә детте, жеткiлiктi тығ ыз қ оныстанғ ан болады. Сондық тан инверсияның жасалуы ү шін негiзгi дең гейден барлық активтi центрлердiң жартысынан кө бiн тазарту керек.

Осы тұ рғ ыдан басқ а ү ш дең гейлi схема (10. 6-сурет) қ олайлырақ. Тө менгi 1-жұ мыстық дең гейге тү скен активтi центрлер О-дең гейге тез кө ше алатындық тан, 1-дең гейдi ә рқ ашан да босатып алу оң ай. Тө рт дең гейлi схемадағ ы инверсияның жасалу механизмiн 10. 6в-суреттен оң ай тү сінуге болады.

Қ арастырылғ ан ә р схеманың ө з кемшiлiгi жә не ө зiнiң артық шылығ ы бар. Барлық схемада активтi центрлердiң жоғ арғ ы жұ мыстық дең гейде (2) «ө мiр сү ру уақ ыты» бiршама ұ зақ болуы керек, онсыз инверсия жасауғ а қ ажеттi активтi центрлердiң осы дең гейде жиналуы болмайды. Бұ л дең гейлер метаорнық ты дең гейлер болады.

Жоғ арыда айтылғ андай, атомдарды 1-дең гейден 3-дең гейге (ү ш дең гейлi лазерде), немесе 0-дең гейден 3-дең гейге (тө рт дең гейлi лазерде) кө шiретiн процестер толтыру процестерi деп аталады. Толтыруды жү зеге асыру мына тә сiлдер арқ ылы жү ргізiледi: оптикалық; электр разряды; химиялық реакциялар; инжекция (бү рку); бө лшектердi дең гейлерi бойынша жiктеу. Кө бiне толтыру оптикалық немесе электрлiк тә сiл арқ ылы iске асырылады.

10. 3. 5. Оптикалық резонатор. Кванттық кү шейткiш генераторы.

Инверсиялық қ оныстану жасалғ ан активтi ортаның ө зiнен ө ткен жарық ты кү шейте алатын қ асиетi бар (10. 4-сурет). Бiрақ заттың кү шейтукоэффициентiә деттесоншалық ты(a-b)L< < 1азболатындық тан(L-инверсиялық қ оныстанғ ан заттың ұ зындығ ы), жарық интенсивтiгi елеусiз ө седi. Мысалы, жү ргізiлген есептеулер бойынша, рубин кристалында жарық интенсивтiгi 100 есе арту ү шін кристалдың ұ зындығ ы 5м шамасында болуы керек екен. Ә рине, мұ ндай кү шейткiштi жасап, iске асыру қ иын мә селе.

Активтi ортаның кү шейткiштiк қ абiлетiн радиофизикадан белгiлi оң керi байланыс принципi арқ ылы жоғ арылатуғ а болады. Сонда кү шейген сигналдың бiр бө лiгi активтi ортағ а қ айтарылып, қ айтадан осы орта арқ ылы ө тiп, кү шейедi. Осылай электромагниттiк толқ ын активтi ортадан екi рет қ айта (жалпы кө п рет) ө ту нә тижесiнде оның интенсивтiгi бiр рет ө ткендегiмен салыстырғ анда кө п шамағ а артады.

Егер оң керi байланыс жә рдемiмен алынатын кү шейтудiң шамасы кү шейткiш пен керi байланыс тiзбегiнiң қ осындыланғ ан жоғ алтуларынан артық болса, онда кү шейткiш ө здiгiнен қ озып, генераторғ а айналады, яғ ни активтi ортағ а сырттан электромагниттiк толқ ын тү спесе де, ортадағ ы спонтандық сә уле шығ арудан лазерлiк генерация ө рбидi; кү шейткiш лазерге айналады.

Керi байланыс жасау ү шін оптикалық диапазонда ашық резонаторлар деп аталатын жартылай мө лдiр айналар қ олданылады.

Активтi орта оптикалық резонатор (толық шағ ылдыратын жә не жартылай мө лдiр айналардан тұ ратын) iшiне орналастырылады (10. 1-сурет). Лазер ү шін жақ сы айналардың шағ ылдыру коэффициентi . Осы айналар Фабри-Перо интерферометрiн тү зедi жә не олардың формасы ә р тү рлі (жазық, сфералық, параболалық ) болуы мү мкін. Геометриялық оптика тұ рғ ысынан айналар жарық тың активтi орта арқ ылы кө п рет қ айта ө туiн қ амтамасыз етедi. Инверсияланғ ан ортаның кү шейтуi жарық ө ткен қ абаттың қ алың дығ ына байланысты болатындық тан, жарық тың айналар арасында кө п рет қ айта ө туi лазердiң активтi элементiнiң ұ зындығ ын арттырғ анмен бiр. Ал бұ л кү шейту шамасын арттырады.

Интенсивтiлiгi I электромагниттiк толқ ын z осiнiң бойымен, екi айнаның бетiнен алма-кезек шағ ылысып, тарасын. Резонатордағ ы айналар идеал, яғ ни шағ ылысу коэффициенттерi R=1 деп қ арастырайық. Сонда интенсивтiгi I₀ жарық заттан ө тiп, есе кү шейедi, онан кейiн айнадан шағ ылысып, заттан екiншi қ айтара ө ткенде, тағ ы есе кү шейедi, яғ ни болады, тағ ы осы сияқ ты. Осыдан жарық интенсивтiгi (қ уаты) ү здіксiз ө се беретiн сияқ ты болып кө рiнуi мү мкін. Шындығ ында бұ лай емес. Ерiксiз тө мен кө шулер (2®1) қ озғ ан N₂ атомдар санын ғ ана азайтып қ оймайды, сонымен бiрге жұ татын N₁ атомдар санын да кө бейтедi. Сондық тан егер ә йтеуiр бiр амалмен ү здіксiз инверсиялық қ оныстануды қ олдап отырмаса, дең гейлердiң қ оныстануларының тең есуi N₁=N₂-қ анығ у орын алады. Демек, кү шею процесi тоқ тайды (ө йткенi, DN₁=N₂-N₁=0). Сондық тан неғ ұ рлым лазердiң индукцияланғ ан сә уле шығ аруы қ уатты болса, соғ ұ рлым активтi затта инверсиялық қ оныстануды ү збей қ олдайтын қ оздыру кө зi де қ уатты болуы тиiс.

Генератордың ө здiгiнен қ озу шартын қ орытайық. Нақ тылық ү шін толқ ын 1-айнадан 2-айнағ а қ арай таралуын қ арастырайық. Егер 1-айнадағ ы толқ ынның интенсивтiгi I₁₀, айналардың арақ ашық тығ ы Lболса, онда (10. 23) формуласы бойынша 2-айнағ а жеткен толқ ынның интенсивтiгi

(10. 24)

2-айнаның шағ ылдыру коэффициентi R₂ болсын. Сонда одан шағ ылып, активтi ортадан қ айта ө тетін толқ ынның интенсивтiгi

Мұ нда (10. 24) формула пайдалынылғ ан. Активтi ортадан ө ткенде толқ ын интенсивтiгi (10. 24) формула бойынша қ айтадан ө се бастайды жә не 1-айнағ а жеткенде:

болады. Осығ ан I₂₀ мә нiн анық тайтын ө рнектiқ ойсақ, онда

(10. 24а)

Егер 1-айнаның шағ ылдыру коэффициентi R₁ болса, онда одан интенсивтiгi I₁R₁ толқ ын шағ ылады. Бұ л 2-айнадағ ы қ айта таралғ ан толқ ынның бастапқ ы интенсивтiгi болады. Ол мынағ ан тең:

(10. 25)

Егер =I₁₀ шарты орындалса, онда толқ ын ө зiн-ө зi қ олдай алады. (10. 25) ө рнегiн пайдаланып жә не тең дiктiң екi жағ ын I₁₀-ге қ ысқ артсақ

(10. 26)

(10. 26) ө рнегiн басқ аша жазайық. Бұ л тең дiктiң екi жағ ында R₁R₂ кө бейтiндiсiне бө лiп, одан квадрат тү бір алайық. Сонда (10. 26) ө рнегi былай ө згередi:

Логарифмдесек,

немесе

(10. 27)

Бұ л кванттық генератордың ө здiгiнен қ озу шарты. Егер активтi ортаның кванттық кү шейту коэффициентi (10. 27) тең дiгi бойынша анық талатын кү шейту коэффициентiнiң табалдырық мә нiнен артық немесе оғ ан тең болса, активтi ортаның жоғ алту коэффициентi мен айналардағ ы жоғ алтуларды анық тайтын [10. 27 тең дiгiнiң оң жағ ындағ ы екiншi мү ше] коэффициенттiң қ осындысына тең.

Сонымен, егер резонатордың iшiне орналастырылғ ан активтi ортада инверсиялық қ оныстану жасалғ ан болса, онда активтi центрлердiң жұ мыстық жиiлiгiне (лазер жиiлiгi) сә йкес жиiлiкте резонаторда тербелiстер пайда болады. Осы тербелiстер ө шпейтiн болуы ү шін, индукциялық сә уле жү йедегi (резонатор+активтi орта) барлық шығ ындардың орнын толығ ымен толтыра алатындай инверсиялық қ оныстану болуы керек, яғ ни

шарты орындалуы керек. b-жү йеде болатын барлық шығ ындарды ескеретiн коэффициент. Осыө рнектегiтең дiкбелгiсiнеорнық тыгенерациярежимi сә йкескеледi. Осыжағ дайдағ ыинверсиялық қ оныстанутабалдырық қ оныстануыдепаталады:

(10. 28)

Лазер жарығ ын пайдалану немесе зерттеу ү шін оның бiраз бө лiгiн лазерден сыртқ а шығ ару қ ажет. Энергияны (жарық ты) сыртқ а шығ ару ү шін ә детте лазердiң бiр айнасын жартылай мө лдiр етiп жасайды. Бұ л энергияның сә уле шығ аруғ а жұ мсалғ ан қ осымша b_с шығ ындарын бередi. Сонда (10. 28) формуладағ ы b₁=b+b_c болады. (10. 28) ө рнегi лазер жұ мыс iстеу ү шін қ ажеттi активтi бө лшектердiң минимал санын (DN) анық тайды.

10. 3. 6. Гелий-неон лазерi

Газ арқ ылы ө тетiн электр разряд арқ асында жұ мыс iстейтiн газ лазерiн қ арастырайық. Электр разряды ө тетiн газда атомдардың қ оздырылуы негiзiнен электрондармен соқ тығ ысуы нә тижесiнде iске асырылады.

He-Ne лазерiндегi активтi ортада инверсиялық қ оныстану жасаудың ерекшелiктерiн қ арастырайық. Мұ нда активтi элемент-жалпы қ ысымы ~130 ПаHe жә не Ne қ оспасымен толтырылғ ан шыны тү тік, жә не де гелийдiң парциал қ ысымы неон қ ысымынан бiрнеше есе ү лкен. Тү тік шеттерiне анод жә не катод дә некермен орнатылғ ан, бұ ларғ а ~1кВ тү зетiлген кернеу берiледi. Осының нә тижесiнде тү тікшеде солғ ын разряд пайда болады. Осы тү тік шекарасында шығ ынды азайту ү шін жарық шығ аратын терезелер Брюстер бұ рышымен орнатылғ ан.

10. 7 а-суретте гелий жә не неонның энергетикалық дең гейлерiнiң оң айлатылғ ан схемасы келтiрiлген. Лазердiң жұ мысшы заты-неон. Генерация неонның 3S®2P ауысуында (l=632, 8 нм) iске асырылады. Осы ауысудың инверсиялық қ оныстануын жасау ү шін бiр жағ ынан жоғ арғ ы 3S-дең гейiнiң тиiмдi қ оныстануын, екiншi жағ ынан-тө менгi 2P-дең гейдiң жылдам босатылуын қ амтамасыз ету қ ажет. Бiрiншi мiндеттi атқ аруү шінгелийатомдарыпайдаланылады, бұ ларэлектрондық соқ тығ ысуесебiненө мiрсү руұ зақ тығ ыжеткiлiктi ү лкен (t~10^-3с) метаорнық тық озғ ан -жә не (He) кү йлергеауысады. Гелийдiң осыдең гейлерiнiң энергиясыноның қ озғ ан3S-жә не 2S-дең гейлерiнеө тежақ ынболғ андық тан, соқ тығ ысқ анкездеэнергияалмасуытиiмдi жү редi; бұ лнеонның жоғ арғ ыдең гейлерiнiң ү лкенжылдамдық пенқ оныстануынқ амтамасызетедi. Неонның тө менгi 2P-дең гейiнiң босатылуынегiзiнен 1S–дең гейгеспонтанауысуесебiнен iскеасырылады. 2P-дең гейдiң босатылуынданеонатомдарының тү тікқ абырғ аларыменсоқ тығ ысуыү лкенрольатқ арады. Соң ғ ыжағ дайактивтiэлементтү тігiнiң диаметрiнсайлапалудың критериi болыптабылады.

Сурет 10. 7а Не – Ne лазерінің энергетикалық дең гейлері [43]

1 – жоғ ары вольтті разряд пайда болатын гелий мен неон қ оспасы бар шыны кювета;

2 – катод; 3 – анод; 4 – 0, 1% ө ткізгіші бар сфералық айна;

5 – 1 – 2% ө ткізгіші бар сфералық айна

Сурет 10. 7 бНе – Ne лазерінің схемасы [44]

Толқ ынұ зындығ ыl=632, 8нмлазерлiксә улешығ арылатын 3S®2Pжұ мысшыкванттық ауысуменқ атарбiрмезгiлде 3S®3Pауысуболып, толқ ынұ зындығ ыl=3, 39мкминтенсивтiгi ү лкенлазерлік сә уледешығ арылытындығ ынатапө тукерек.

Осыекi кванттық ауысуү шіндежоғ арғ ыдең гейортақ болатындық тан, бұ ларбә секелесболады. l=632, 8нмтолқ ынұ зындығ ындатиiмдi генерацияө туi ү шінl=3, 39мкмгенерацияныбасукерек. Мұ ныосысызық қ ақ осымшашығ ындардыенгiзу, немесеl=3, 39 мкмү шінжұ тылукоэффициентi ү лкенболатынтү тіктерезесiнқ ою, немесеайналардың шағ ылдырукоэффициентiнсайлапалуарқ ылы iскеасырады.

Лазерлік сә уленің генерациясы 10. 7б – суретте кө рсетілген қ ондырғ ы бойынша іске асады.

10. 4. Тә жiрибе жасауғ а арналғ ан қ ондырғ ы

Қ ондырғ ы схемасы 10. 8-суретте келтiрiлген. Қ ондырғ ы рельске орнатылғ ан, оның бiр шетiне толқ ын ұ зындығ ы l=632, 8 нм жiң iшке лазер сә улесi шоғ ын беретiн ЛГ-52 лазерi орналастырылады. Лазердi лазер сә улесiн кез-келген тү зу бойынша бағ ыттауғ а мү мкіндiк беретiн тө рт еркiндiк дә режесi бар арнайы ү стелге орнатады. Рельстiң екiншi шетiне ФП6 фотодиоды немесе фотоэлемент орналастырылғ ан. Фотодиод алдына бақ ылауғ а арналғ ан экран орналастырылады. Экран алдына поляроид қ ойылады.

Неон, гелий атомдары жә не He-Neлазерi шығ аратынсә улеспектрлерiнсалыстырмалызерттеугеарналғ анжұ мысУМ-2монохроматорыкө мегiменжү ргізiледi.

УМ-2 рельсiне айналары (резонаторы) жоқ лазер тү тікшесi (He-Neқ оспасы) жә не ЛГ-52 лазерi, неон шамы бiрiнен кейiн бiрi кезегiмен қ ойылады.

10. 4. 1. Лазер сә улесi шоғ ының жинақ сыздануын (кең еюiн) анық тау.

Сурет 10. 8а. Гелий – неонды лазердің сыртқ ы тү рі[45]

Сурет 10. 8 б. Қ ондырғ ының схемасы[46]

Гелий – неон лазерінің сә улеленуін зерттеуге арналғ ан қ ондырғ ының схемасы 10. 8б суретте берілген. Схема келесі элементтерден тұ рады:

- зерттелетін гелий – неонды лазер 1;

- ОКГ қ оректендіру кө зі 2;

- ИМО -2Н орта қ уатты ө лшеуіш пен лазер сә улесінің энергиясынан 3;

- лазер сә улесінің поляризациялығ ын зерттеуге арналғ ан поляроидтан 4. Поляриодоправағ а қ ойылып бекітілген, ә рі 5 тетік арқ ылы ось бойымен айнала алады. Поляриодты оптикалық орындық қ а орналастыруғ а болады.

- лазер сә улесінің шашырау дә режесін анық тауғ а арналғ ан 6 айналардан.

Айнаның біреуі 6’ бағ анағ а бекітіліп оптикалық орындық қ а орналастырылғ ан, ал екіншісі -6” – лаборатория қ абырғ асына бекітілген.

Айналар ось бойымен айнала алады:

- сә улеленудің толқ ын ұ зындығ ын анық тау ү шін арналғ ан дифракциялық тордан 7. Тор алынбалы, ә рі экранғ а 8 байланысты орын ауыстыра алады.

Қ алғ ан элементтер оптикалық орындық қ а 9 орналастырыла алады.

Лазер сә улесi экранғ а бағ ытталады. Экранғ а тү скен лазер сә улесi дағ ының диаметрiн ө лшеп, лазер шоғ ының жинақ сыздану бұ рышы j=d/2lформуласыбойыншаанық талады; мұ ндағ ыl-лазердiң алдың ғ ы айнасынан бастап экранғ а дейiнгi лазер сә улесiнiң жү рген толық жолы. Ө лшенген j шамасы

q_{0, 5}=l/Dформуласыбойыншаесептелгеннә тижеменсалыстырылады. Лазертү тікшесiнiң диаметрiжұ мысорнындакө рсетiлген.

10. 4. 2. Лазерсә улесiнiң поляризациякү йiнзерттеу

Оправадағ ыполяроидфотоқ абылдағ ышалдынаорналастырылады. Фотоқ абылдағ ыштық осып, поляроидтыайналдыруарқ ылыө лшеуiшқ ұ рал (микроамперметр) бойыншамаксимумфототоктытабады. Бұ данкейiнполяроидтыбiртiндепайналдыраотырып, ә рбiр 10⁰сайын, поляроидарқ ылыө ткенжарық интенсивтiлiгiнiң поляроидтың бұ рылубұ рышынатә уелдiлiгiнанық тайды. Ө лшеунә тижелерiнJ=f(j)графигi (жарық интенсивтiлiгiнiң поляроидтың бұ рылубұ рышынатә уелдiлiгiграфигi) тү ріндекелтiредi.

10. 4. 3. Гелий, неон атомдары, гелий-неон лазерi шығ аратын жарық тары спектрлерiн салыстырмалы зерттеу

10. 4. 3. 1. Неон спектрiн бақ ылау

Неон шамын жағ ып, оның спектрiн УМ-2 монохроматоры арқ ылы бақ ылау. Неон спектрiндегi жарық тылығ ы ең ү лкен сызық ты тауып, оның толқ ын ұ зындығ ын ө лшеу (УМ-2 монохроматорының дисперсиялық қ исығ ы бойынша). Бұ дан басқ а: а) жарық тылығ ы ең ү лкен сары сызық тың сол жағ ындағ ы барлық жарық тылығ ы ү лкен сызық тарды ө лшеу; б) сары сызық тың оң жағ ындағ ы барлық жасыл жә не жақ ын орналасқ ан екi жасыл сызық ты ө лшеу.

10. 4. 3. 2. Гелий спектрiн бақ ылау

Айналары жоқ He-Ne лазерi тү тікшесiн жағ у. He-Neқ оспасының спектрiн зерттеу. 10. 4. 3. 1-де кө рсетiлген неонның барлық сызық тары He-Neқ оспасы спектрiнде бар екендiгiне кө з жеткiзу. Қ алғ ан басқ а сызық тар гелий спектрiне жатады. Гелийдiң спектрiнде жарық тылығ ы ү лкен сызық тардың толқ ын ұ зындығ ын ө лшеу: а) спектрдiң қ ызыл бө лiгiндегi 7 сызық; б) спектрдiң сары, сары-жасыл, кө к жә не кө гiлдiр бө лiктерiндегi жарық тылығ ы жоғ ары сызық тардың толқ ын ұ зындығ ын ө лшеу.

Спектрлiк сызық тардың кестелерi кө мегiмен Neжә не Heспектрлерiнде ө лшенген толқ ын ұ зындық мә ндерiн дә лдеу.

10. 4. 4. Гелий-неон лазерi спектрiн бақ ылау

Лазер сә улесiн УМ-2 монохроматоры арқ ылы бақ ылау. Спектрдiң қ ызыл бө лiгiнен лазер шығ аратын негiзгiқ ызыл сызық ты тауып, оның толқ ын ұ зындығ ын ө лшеу. Лазер генерациясының (лазер шығ аратын жарық ты) неон атомы шығ аратын спонтандық сә уленiң бiрде-бiр сызығ ы жоғ алмайтындығ ына кө з жеткiзу (спектрдiқ арау арқ ылы).

Алынғ ан нә тижелердi кестеге толтыру.

10. 1-кесте

Гелий жә не неон спектрiндегi кейбiр сызық тардың толқ ын ұ зындық тары [13]

Спектрлік сызық тың			Спектрлік сызық тың
тү сі	толқ ын ұ зындығ ы, λ, нм	интенсивтігі (шартты бірлік)	тү сі	толқ ын ұ зындығ ы, λ, нм	интенсивтігі (шартты бірлік)
Не			ашық қ ызыл	630, 48 626, 65 621, 73 616, 36
қ ызыл	706, 5 667, 8 656, 0		қ ызыл- қ ызғ ылт сары	614, 31 609, 62 607, 43 603, 00
жасыл	587, 6 541, 2 501, 6		қ ызғ ылт сары	597, 55 594, 48
кө к	492, 2 468, 5 447, 1		сары	588, 19 585, 25 576, 44
Ne			жасыл	540, 06 534, 11 533, 08 503, 13
қ ызыл	671, 70 667, 83 659, 89 653, 29 650, 65		кө к	482, 73
ашық қ ызыл	640, 22 638, 30 633, 44		кө к	482, 73

⇐ Предыдущая 19 20 21 22 232425 26 27 28 Следующая ⇒