Лабораторная работа: Измерение длины волны излучения лазера интерференционным методом

, (10)

где d_k – диаметр k ‑го темного интерференционного кольца, соответствующего порядку интерференции k . Аналогично для любого другого (k + m ) – го кольца диаметра d_{k + m} , где m – также целое число, имеем

. (11)

Из выражений (6) и (10) следует, что бóльшим порядкам интерференции k соответствуют кольца меньшего диаметра. Число k неизвестно. Его можно исключить, вычитая соотношение (10) из (11). В результате, после алгебраических преобразований получается формула для расчёта длины волны l излучения лазера:

. (12)

2. Порядок выполнения работы

1. Попросите лаборанта подключить блок питания лазера к сети. Под наблюдением лаборанта включите тумблер «Сеть» на блоке питания лазера. Нажмите и отпустите кнопку «Поджиг». При этом должен зажечься электрический разряд в газоразрядной трубке. Если разряд не зажигается, слегка поверните вправо ручку «Грубо» (при этом увеличивается напряжение на электродах) и вновь нажмите кнопку «Поджиг».

2. После появления разряда ручками «Грубо» и «Плавно» установите рабочий ток разряда 10–15 мА. В этом режиме начинается генерация лазерного излучения, и из торца прибора выходит луч красного цвета.

3. При помощи юстировочных винтов оптических рейтеров, на которых установлены экран и плоскопараллельная стеклянная пластинка, получите на экране отчётливую интерференционную картину в виде концентрических колец с максимумом интенсивности в центре.

4. Измерьте линейкой с точностью до 1 мм расстояние l от экрана до стеклянной пластинки, запишите его в табл. 1. В ту же таблицу внесите указанные на установке значения толщины пластинки b и показателя преломления n её материала (стекла).

Таблица 1

l , мм	b , мм	n
310	3,4	1,55

5. Измерьте с точностью до 0,5 мм диаметры тёмных интерференционных колец, соответствующих минимуму интенсивности света. В качестве кольца с порядком интерференции k + m возьмите 2, 3, 4 и 5‑е кольца от центра картины, а в качестве кольца с порядком интерференции k – соответственно 6, 7, 8 и 9‑е. Тогда m = 4. Результаты измерений диаметров колец запишите в табл. 2.

6. Направьте зрительную трубу спектроскопа на одно из боковых отверстие в корпусе лазера, в которых виден свет, исходящий из газоразрядной трубки в стороны от её оси. Этот свет представляет, в основном, спонтанное излучение. Посмотрите в спектроскоп и зарисуйте видимый спектр по возможности точнее.

7. Поместите спектроскоп за стеклянной пластинкой так, чтобы в его зрительную трубу попадал луч, испускаемый вдоль оси лазера. Этот луч представляет собой вынужденное излучение лазера. Посмотрите в спектроскоп и зарисуйте видимый спектр в этом случае.

Таблица 2

Опыт №	Кольцо		Кольцо		, мм2	, мм2	m	li , мм
	№	dk , мм	№	dk +m , мм
1	6	22	2	10	484	100	4	0,000137
2	7	24	3	14	576	196	4	0,000136
3	8	28	4	18	784	324	4	0,000164
4	9	30	5	20	900	400	4	0,000178

3. Обработка опытных данных

1. Рассчитайте по формуле (12) длину волны l_i излучения лазера для каждого опыта, вычислив предварительно квадраты диаметров наблюдаемых интерференционных колец. Результаты расчётов запишите в табл. 2.

2. Найдите среднее арифметическое значение измеренной длины волны по формуле

. (13)

Величину в миллиметрах и нанометрах запишите в табл. 3.

3. Вычислите среднюю абсолютную и относительную d_l погрешности определения длины волны по формулам

, . (14)

Занесите величину d_l в табл. 3.

4. Рассчитайте относительное расхождение d_табл между измеренным и табличным λ_табл = 632,8 нм значениями длины волны видимого излучения гелий-неонового лазера:

(15)

Величину d_табл также внесите в табл. 3. Если в используемом методе определения l нет систематических погрешностей, а измерения и расчёты выполнены правильно, то относительное расхождение d_табл не должно превышать относительную погрешность d_l .

5. Рассчитайте частоту n = c /l лазерного излучения и энергию фотона e = h n, где c – скорость света в вакууме и h – постоянная Планка, используя в качестве l полученное среднее значение длины волны . Результаты расчётов занесите в табл. 3.

Таблица 3

		dl , %	dтабл , %	n, Гц	e
мм	нм				Дж	эВ
0,000154	154	11,37	75,71	46,08	3,05∙10-32	1,9∙10-13

6. Пользуясь цветными карандашами, аккуратно представьте по указанным ниже шаблонам спектры, которые наблюдались и были зарисованы Вами в ходе выполнения лабораторной работы.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 2. М.: Наука. 1982

2. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа. 2004