Ученик 10 A класса Фомина Алексея Александровича Научный руководитель - преподаватель Федотова Тамара Николаевна МОУ СОШ 3. - презентация

1 Ученик 10 A класса Фомина Алексея Александровича Научный руководитель - преподаватель Федотова Тамара Николаевна МОУ СОШ 3

2 1. Изучить устройство и принципы работы различных типов лазеров. 2. Разработать демонстрационные эксперименты по волновой оптике с помощью полупроводникового лазера.

3 1. Изучить физическую основу работы лазера. 2. Изучить строение и принцип работы полупроводниковых и других типов лазеров. 3. Разработать и проделать некоторые демонстрационные опыты с использованием полупроводникового лазера.

4 1. Введение 2. Принцип работы лазера. Спонтанное и индуцированное излучение 3. Типы и характеристики лазеров 4. Демонстрационные опыты с использованием полупроводникового лазера 5. Заключение

5 Лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча. Физической основой работы лазера служит явление индукционного излучения. Слово «лазер» составлено из начальных букв английского выражения «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что в переводе означает «усиление света в результате вынужденного излучения». Н. Г. Басов А. М. Прохоров

6

7 рубиновый на красителях газодинамический полупроводниковый Гелий-неоновый Типы лазеров CO2 - лазер

8

9

10

11

12

13 Ж. И. АЛФЕРОВ Академик, лауреат Нобелевской Премии за 2000 год Полупроводниковый лазер, полупроводниковый квантовый генератор, лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества. В П. л., в отличие от лазеров др. типов, используются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла. В П. л. возбуждаются и излучают (коллективно) атомы, слагающие кристаллическую решётку. Это отличие определяет важную особенность П. л. малые размеры и компактность (объём кристалла ~ см 3 ). В П. л. удаётся получить показатель оптич. усиления до 10 4 см -1 хотя обычно для возбуждения генерации лазера достаточны и меньшие значения. Другими практически важными особенностями П. л. являются: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (до 3050%); малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 10 9 Ггц); простота конструкции; возможность перестройки длины волны l излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм.лазерквантовые переходы

14

15

16

17

18

19

20

21

22 Для подтверждения формулы d·sin α = n· λ следует измерить расстояние между дифракционной решеткой и экраном. После измерений получилось расстояние, равное L = 2.31 м. Далее измерим расстояние между нулевым и n порядком дифракции каждой из решеток: Диф. решетка (d = 0.02мм): x = 7.9 см x = 16.1 см Диф. решетка (d = мм): x = 23.5 см x = 48 см Из формулы d·sin α = n· λ выражаем значение sin α: sin α = nλ / d Подставим значения для n = 1, для двух различных дифракционных решеток: По первой решетке: sin α = nλ /d = 1*670*10 / 0.02*10³ = Для малых углов sin α tg α = x / L: tg α = 7.9*10 ² / 2.31 = По второй решетке: sin α = nλ / d = 1*670*10 / *10³ = 0.1 tg α = 23.5*10 ² / 2.31 = 0.1 Таким образом, в обоих случаях, sin α = tg α, следовательно формула d·sin α = n· λ верна.

23

24

25 Цель работы : Определить длину световой волны, излучаемой лазером Ход работы: Укрепите лазер, дифракционную решетку и шаблон с миллиметровой бумагой в лапках штатива. Включите лазер, направив луч через дифракционную решетку на миллиметровую бумагу. Зарисовать положение центрального и боковых ярких максимумов (пятен) (рис. 2.). Измерьте расстояние от центра главного максимума до центров боковых максимумов h1 и h2, вычислить среднее h. Измерить расстояние от дифракционной решетки до экрана (планшета) L. Вычислить длину световой волны, излучаемой лазером, используя формулу дифракционной решетки. Оценить погрешность измерения, результат представить в виде λ = λ ± Δλ. Измерить расстояние от центра главного максимума до центров вторых максимумов. Повторите вычисления длины световой волны для вторых максимумов. Оценить погрешность измерения, результат представить в виде λ = λ ± Δλ.

26 Используя формулу d·sin α = n· λ, учитывая sin α tg α при малых углах tg α = x / L, подставляем в основную формулу и получим: d · x /L = n· λ; λ = d · x / L · n d = 0.02 * 10¯³ м x = 7.9 * 10¯² м L = 2.31 м n = 1 λ = 0.02*10 ³*7.9*10² / 2.31*1 = 683 * 10¯ м Вычислим погрешность измерения: Δλ / λ = Δx / x + ΔL / L; Δλ / λ = 1*10 ³ / 7.9*10² + 1*10 ² / 2.31 = 0.014; Δλ = * 683 * 10¯ = * 10¯ м λ = 683 * 10¯ м ± 9.56 * 10¯ м

27 Лазеры нашли применение в самых различных областях от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Газовые лазеры применяются в геодезических нивелирах, дальномерах и теодолитах; в метрологии – как эталоны частоты и времени; для записи голограмм. Лазеры на красителях и других рабочих средах используются для зондирования атмосферы. Мощные технологические лазеры на парах металлов и молекулах (в основном на CO ) – для резки, сварки и обработки металлов. Полупроводниковые лазеры используются в качестве прицелов ручного оружия, в проигрывателях компакт-дисков. Также полупроводниковый лазер пригоден для использования в качестве когерентного излучения при проведении демонстрационных экспериментов по физике, что я и представил в данной работе.