ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Определение радиуса кривизны линзы с помощью явления интерференции


 

Прямое включение p-n перехода вызывает инжекцию электронов. Уникальным явлением при этом оказывается свойство высокоинжектированных электронов оставаться (накапливаться) некоторое время на своих энергоуровнях, если для этого создать надлежащие условия. Такие энергоуровни называются метастабильными, а само явление носит название инверсии населенностей энергетических уровней в полупроводнике, связанной с инжекцией заряда в p-n переходе. Полупроводник, его атомы, оказывается в возбужденном состоянии.

Область, где происходит излучательная рекомбинация, ограничивается конструктивными размерами резонатора и технологическими возможностями его реализации (S » 0.5…2 мкм, l » 300…500 мкм). Устройство показано на рис.4.

В качестве активного вещества используется арсенид галлия. Две параллельные грани кристалла, перпендикулярные плоскости p-n перехода, тщательно полируются. Они образуют зеркала резонатора. Две другие скошены по отношению к плоскости p-n перехода, в этом направлении условия самовозбуждения стимулированного когерентного излучения не выполняются.

Стимулированное излучение и резкий рост выходной оптической мощности соответствует инжекционному току p-n перехода , где = 50 – 150 мА. Если ток инжекции лазера меньше , то наблюдается спонтанное излучение, как и в обычном диоде.

 

Пространственное излучение лазера имеет форму, близкую к игле. Угол расхождения луча стимулированного когерентного излучения составляет не более нескольких угловых минут и зависит от параллельности зеркал резонатора.

Полупроводниковый лазер может работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Энергия и длина волны определяется свойствами вещества и геометрией резонатора.

Благодаря высокой степени когерентности лазер служит превосходным источником непрерывного монохроматического излучения для исследования интерференционных и дифракционных явлений, наблюдение которых с обычными источниками света требует применения специальной аппаратуры. Многочисленные варианты нашли весьма разнообразные применения в биологических исследованиях, в системах лазерной связи, в голографии, машиностроении и многих других областях естествознания и техники.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

1.  К самостоятельному выполнению лабораторных работ студент может приступить после прохождения инструктажа по проведению лабораторных работ и усвоения безопасных методов их выполнения.

2.  Перед выполнением работы необходимо тщательно изучить описание лабораторной работы.

3.  Работы следует выполнять на исправных приборах и установках.

4.  Измерительные приборы и инструмент разрешается использовать только по их прямому назначению.

5.  Запрещается самостоятельно включать и выключать лазерные установки, а также вынимать и юстировать те элементы оптических схем, которые не имеют непосредственного отношения к выполнению работы.

6.  Не допускать прямого попадания лазерного излучения в глаза.

ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1.  Данные измерений и расчетов следует записывать четко и кратко в заранее подготовленные таблицы.

2.  Точность измерений и расчетов должна соответствовать цели опыта.

3.  В каждом опыте нужно устранить возможные систематические погрешности, оценивать случайные погрешности и точность результатов измерений.

4.  Результаты каждого эксперимента необходимо проанализировать и сделать выводы.

Литература

При подготовке к выполнению лабораторных работ полезно под рукой иметь следующие учебные пособия:

1.  Савельев И. В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1989. – Т.2.

2.  Ландсберг Г. О. Оптика. – М.: Наука, 1976.

3.  Валенко В. С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств.

4.  Методические указания к обработке результатов лабораторных измерений.

5.  Гришкевич А. Е., Хоменко Т. Н. Оптика: Методические указания к выполнению лабораторных работ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

Определение радиуса кривизны линзы с помощью явления интерференции

Цель работы: изучение явления интерференции на примере колец равной толщины и определение радиуса кривизны линзы интерференционным методом.

Оборудование: лазер, поворотные зеркала, плоско-выпуклая линза, экран с координатной сеткой (шаг сетки 2 мм).

Описание метода измерения.

При наложении двух или нескольких световых пучков наблюдается усиление света в одних точках пространства и ослабление в других. Это явление называется интерференцией света. Устойчивую интерференционную картину могут давать только когерентные волны, т. е. такие, которые имеют одинаковую частоту и постоянную разности фаз. Для получения контрастной интерференционной картины необходимо также, чтобы интенсивности волн были соизмеримы и плоскости колебаний вектора напряженности электрического поля Е совпадали.

Один из методов получения когерентных волн основан на разделении на две части волны, излучаемой одним источником. Эти волны до попадания в заданную точку пространства проходят различные расстояния (или одинаковые расстояния в средах с различными показателями преломления). Между ними возникает постоянная разность фаз, вследствие чего получается интерференционная картина. Рис. 1.

 

Если разность фаз в данной точке пространства равна 2m, где m — целое число, то в этом месте происходит усиление колебаний (максимум освещенности), если же разность фаз равна (2m+1), то будет наблюдаться ослабление колебаний (минимум освещенности).

Оптической разностью хода двух световых лучей называется величина y = l1n1 – l2n2, где l1 l2 — геометрические пути, которые проходят первый и второй лучи в средах с показателями преломления n1 и n2 соответственно.

Оптическая разность хода y связана с разностью фаз соотношением

*y = , (1)

что позволяет получить условия максимума и минимума в виде

*y = m, (2)

*y = (2m+1), (3)

где — длина волны интерферирующего света, m = 0, 1, 2, 3… — порядок полосы. Следует отметить, что интерференция будет наблюдаться, если оптическая разность хода не превышает длину когерентности излучения. Длина когерентности есть такая оптическая разность хода между интерферирующими волнами, при которой случайное изменение фазы достигает величины ~ . С увеличением номера полосы m разность хода растет, вследствие чего ухудшается четкость интерференционной картины. Длина когерентности lког для не лазерных источников света представляет величину порядка нескольких сантиметров и меньше. В случае лазерных источников lког достигает 1000 м и выше.

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод