Порядок выполнения работы. 1) Изучение лазерного модулятора (лм на рис. 7).

1) Изучение лазерного модулятора (ЛМ на рис.7).

Применяемый в работе лазерный модулятор ЛМ-4 основан на поперечном эффекте Поккельса. Управляется модулятор путем подачи на него переменного напряжения с амплитудой , регулируемой по величине с помощью потенциометра. Вольтметр показывает значения эффективного напряжения U_эфф = / в вольтах. В зависимости от величины напряжения меняется глубина модуляции лазерного излучения. Требуется построить график этой зависимости. Для этого следует:

а) подключить блок питания лазера к сети. При этом наблюдается появление лазерного излучения на длине волны =0.6328 мкм;

б) включить осциллограф в сеть (осциллограф работает в режиме измерения постоянного напряжения). Подключить к сети блок питания фотоэлемента и модулятора, включить тумблером питание фотоэлемента и модулятора;

в) подать на модулятор напряжение с амплитудой =15 В и убедиться по сигналу на экране осциллографа в наличии модуляции. На экране осциллографа должна наблюдаться картина, показанная на рис.8;

г) изменять амплитуду напряжения на модуляторе в диапазоне 0÷ 40 В через 5 В и каждый раз замерять глубину модуляции , вычисляя ее по формуле:

.

Рис.8.

Нулевая линия определяется по положению луча на экране осциллографа при перекрытом лазерном луче. Для получения наглядной картины модуляции интенсивности лазерного излучения модулятор настроен так, чтобы при нулевом напряжении он показывал некоторый неравный нулю сигнал . Построить график зависимости от амплитуды переменного напряжения .

2) Измерение угловой расходимости лазерного излучения:

а) установить на пути лазерного луча света вблизи выходного окна лазера поворотную призму и направить луч на экран, расположенный от выходного окна лазера на расстоянии L_экран, которое составляет примерно 3м.

б) измерить диаметр пятна лазерного излучения на экране и ь угол расходимости лазерного излучения как угол между центральным и периферическим лучами лазерного излучения по формуле . Для строгого нахождения угла необходимо измерить диаметр пятна на двух расстояниях и (; 1 м) от выходного окна лазера и рассчитать по формуле , где диаметр соответствует расстоянию , а диаметр соответствует расстоянию – величины и целесообразно отождествить с величинами и предыдущего пункта. При каких условиях непосредственно из приведенной формулы для может быть получена приближенная формула для ?

в) измерить диаметр лазерного излучения на выходе из лазера, и рассчитать теоретическое значение угла расходимости _. лазерного излучения, предполагая, что расходимость является дифракционной от круглого отверстия: 0.61∙ 2 =1.22 (см. формулу (45.6) и таблицу 5 в [2]; см. формулу (6.28) в [3]),

г) сопоставьте рассчитанный в пункте в) дифракционный угол расходимости с экспериментальным углом расходимости согласно пункту б). Какой из этих углов должен быть наименьшим при очень точном измерении диаметра ? Можно ли считать, что экспериментально наблюдаемая расходимость лазерного излучения обусловлена только дифракцией света на выходном отверстии лазера?

3. Изучение поляризации лазерного луча:

а) на оптическую скамью на пути луча света после модулятора установить поворотный поляроид. Подайте на модулятор переменное напряжение с минимальной амплитудой . После модулятора лазерное излучение должно быть линейно поляризованным. Поворачивая поляризатор при помощи рукоятки, убедитесь в этом, наблюдая интенсивность сигнала на экране осциллографа или яркость пятна света на экране, помещенном перед фотоэлементом. Доказательством линейной поляризации света является наличие двух положений поляроида (положений рукоятки поляроида), при которых интенсивность излучения является максимальной и минимальной. Укажите в отчете о проделанной работе найденные положения поляризатора,

б) установите поворотный поляроид на оптической скамье перед выходным окном лазера, а за ним экран. Поворачивая рукоятку поляризатора выясните, какой поляризацией обладает излучение, выходящее из лазера. Исходя из полученной поляризации скажите как, по вашему мнению, устроена газоразрядная трубка лазера: содержит ли она в качестве выходных окон окна Брюстера или нет (оба варианта используются на практике).

4. Атом Не в основном состоянии имеет электронную конфигурацию 1 . Атом Nе в основном состоянии имеет электронную конфигурацию 1 2 2 . Запишите электронные конфигурации основного состояния других атомов инертных газов: аргона, криптона и ксенона.

5. Процесс резонансной передачи энергии от возбужденных на метастабильные уровни атомов гелия к невозбужденным атомам неона особенно эффективен, когда разница между энергиями уровней взаимодействующих атомов не превышает энергию теплового движения атомов, т.е. когда . Оцените энергию при =400 и сопоставьте ее с возможными значениями энергии . Для оценки энергии воспользуйтесь значениями энергии уровней атомов, приведенных на рис.3. Выполняется ли соотношение ?

6. В случае вынужденного излучения возбужденного атома рождается фотон, являющийся точной копией воздействующих на атом начальных фотонов. В частности, рождающийся фотон имеет ту же поляризацию, что и начальные фотоны. Что понимается под поляризацией рождающегося фотона с точки зрения квантовых представлений? Что понимается под поляризацией классической электромагнитной волны? Как связана поляризация фотона как частицы электромагнитной волны с поляризацией электромагнитной волны в классическом понимании? Для справки см. § 37 (Эффект Садовского и спин фотона) в [5].

ЛИТЕРАТУРА

1.Матвеев А.Н. Атомная физика: Учеб. Пособие для студентов вузов. - М.: Высш. шк., 1989. – 439 с.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т. Т.IV. Оптика. – 3-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2002. – 792 с.

3. Бутиков Е.И. Оптика: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1986. – 512 с.; 2-е изд., перераб и доп. – СПб.: Невский Диалект; БХВ-Петербург, 2003. – 480 с.

4. Рябцев Н.Г. Материалы квантовой электроники. Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений. – М.: Советское радио, 1972. – 384 с.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Учеб пособие. В 2-х ч. Ч.I. Атомная физика. – М.: Наука, 1986. – 416 с.; Общий курс физики. Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т. Т.V. Атомная и ядерная физика. – 2-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2002. – 784 с.

6. Матвеев А.Н. Оптика: Учеб. пособие для. физ. спец. вузов. - М: Высшая школа. - 1985. - 351 с.