Описание установки

Лабораторная работа №25 (RU)
ИЗУЧЕНИЕ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО (He-Ne) ЛАЗЕРА
Цель работы:
1. Изучить строение и принцип действия оптического квантового генератора газового
лазера.
2. Научиться пользоваться газовым лазером, определять длину волны и энергию кванта
лазерного излучения с помощью дифракционной решетки.
Приборы и материалы:
1. Газовый гелий-неоновый лазер типа ЛГ-209 с блоком питания.
2. Дифракционная решетка.
3. Оптическая скамья с измерительной линейкой.
4. Экран с миллиметровой шкалой.
Описание установки
Схема установки для выполнения лабораторной работы изображена на рис.1.
Рис.1.
Установка смонтирована на оптической скамье 1. Вблизи с выходным окном лазера 2
устанавливается дифракционная решетка 3. Полученная дифрак-ционная картина наблюдается
на экране 4, который имеет миллиметровую шкалу. Расстояние между экраном и дифракционной решеткой измеряется с помощью линейки 5.
ВНИМАНИЕ 1: При работе с лазером необходимо строго придерживаться
таких правил техники безопасности:
1. Включать и настраивать лазер в присутствии преподавателя.
2. Проверить наличие заземления лазера. Без заземления лазер не
включать.
3. Ручкой управления "Яркость" не пользоваться.
4. Не перемещать лазер по оптический скамье.
5. Включать лазер лишь на время проведения измерений.
6. Не допускать прямого попадания лазерного луча в глаза. Это опасно для зрения!
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание 1. Изучение лабораторной установки, получение изображения
лазерного луча на экране.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Усвоить правила техники безопасности при работе с лазером (см. выше).
Ознакомиться с лабораторной установкой, схема которой изображена на рис.1.
Проверить имеется ли схема установки и ход лучей (рис.1 и рис. 2) в протоколе.
Проследить снят ли штатив с дифракционной решеткой с оптической скамьи. Усли нет,
то сделать это.
Расположить экран на оптической скамье на расстоянии 30...50 sm от лазера.
1.6.
1.7.
Получить разрешение преподавателя на включение лазера в сеть ~220V после чего
включить лазер в электрическую сеть ~220V и прогреть его на протяжении 1...2 min.
Получить на экране изображение лазерного луча в виде красного диска, придерживаясь при этом правил техники безопасности.
Выключить лазер.
Задание 2. Определение длины волны и энергии кванта лазерного
излучения.
2.1. Установить штатив 3 с дифракционной решеткой на оптическую скамью 1 на расстоянии
5...10 sm от выходного окна лазера 2.
2.2. Получить разрешение преподавателя на включение лазера в сеть ~220V после чего включить лазер в электрическую сеть ~220V и прогреть его на протяжении 1...2 min.
2.3. Перемещая вдоль оптической скамьи экран 4, получить на нем четкое изображение дифракционной картины в виде красных дисков (cм.рис.2), симметрично расположенных
относительно центрального (0 – нулевого) максимума в горизонтальном направлении.
На экране должны наблюдаться максимумы не меньше трех порядков.
2.4. Совместить миллиметровую шкалу екрана с дифракционной картиной, перемещая экран в
вертикальном (вверх, вниз) направлении.
2.5. Измерять расстояние R между дифракционной решеткой и экраном по линейке 5, которая
закреплена на оптической скамье.
2.6. Измерять расстояние L1 между центрами максимумов первого порядка.
Полученные значения R и L1 записать в таблицу 1.
2.7. Аналогичные измерения провести для максимумов второго (k2=2) и третьего (k3=3) порядков.
Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1
R,
Lі
=
L
/2,
i i
 i,
 i,
  i,
,
ki
tgαi
sinαi  i , - 3
 10- 3м  10- 3м  10- 3м
 10 м  10- 3м
Дж
Дж
1
*
*
2
*
*
3
*
*
d=
*
*
*
*
     
 
Примечание 1: Значение постоянной дифракционной решётки d указано на её оправе.
Задание 3. Обработка результатов измерений.
Примечание 2: Учитывая, что в данной лабораторной работе проводится лишь три
опыта, причем на максимумах разных порядков, предлагается несколько упрощенный метод статистической обработки полученных результатов измерений.
3.1. Для каждого опыта вычислить:
i Li

(1) ;
R 2R
3.1.2. С помощью таблицы (см. Приложение 12 на с.230 в [5.11] –”Пособие по био...и
мед…физике”) найти соответствующие значения sin .
Внимание! Для малых углов α: sin  tgα, что приемлемо для результатов в
нашей лабора торной работе.
Полученные результаты записать в таблицу 1.
3.1.1. По формуле (1) tgα:
tg  =
3.2. По данным таблицы 1 :
3.2.1. Определить длину воkны  лазерного излучения в каждом опыте по формуле (2):
d  sin 

(2) ;
k
   .  
3.2.1. Найти и записать в таблицу 1 среднее арифметическое значение
3.3. Вычислить абсолютные погрешности результатов, полученных в каждом опыте, по
формуле (3):
   i |    i |
3.4. Рассчитать среднюю абсолютную погрешность 
интервала:
(3).
λ
и записать искомый результат в виде
     .

3.5. Вычислить
 -среднее

арифметическое значение энергии кванта лазерного
  h c
излучения по формуле (4):
(4) , где h = 6,62*10-34 Дж . с ; с = 2,998*108 м/с.


  (5)   - среднюю погрешность найденного значения
3.6. Вычислить по формуле
     =  .E=  .  / 
 :  
(5)
Примечание 3: E
 =E =   /  ; это легко доказать по таблице погрешностей косвенных
измерений в [5.11] , c.221, Приложение 2, и учитывая, что h и c - Const ).
3.7. Записать искомый результат энергии кванта излучения газового лазера
     .
 в виде
  интервала:
