STUDIUL DIFRACTIEI IN LUMINA LASER

I. SCOPUL LUCRARII

Scopul lucrarii este determinarea constantei unei retele de difractie in lumina laser.

II. ASPECTE TEORETICE

Se numeste laser un dispozitiv care amplifica lumina cu ajutorul emisiei stimulate. El constituie in esenta, un izvor de radiatie sau un generator de radiatii.

Sa consideram un ansamblu de particule, un mediu, care poseda doua nivele energetice nivelul fundamental (nivelul neexcitat) si nivelul excitat.

Daca pe nivelul se afla un numar suficient de particule, atunci un foton de frecventa care "ciocneste" o particula de energie va produce prin procesul de emisie stimulata un alt foton de aceeasi frecventa, datorita trecerii particulei de pe nivelul pe nivelul . Acum vor exista doi fotoni, daca acestia vor stimula la randul lor alte doua particule aflate in starea excitata vor rezulta patru fotoni s.a.m.d., avand loc un fel de "reactie in lant", avalansa de fotoni formand radiatia emisa de generatorul sau amplificatorul cuantic.

Prin urmare revenirea la starea neexcitata, pentru o parte din particule are loc spontan dand nastere la emisia naturala a liniilor spectrale, iar pentru cealalta parte aceasta revenire este provocata de o radiatie exterioara, dand nastere emisiei induse.

Intensitatea radiatiei absorbite este proportionala cu numarul de particule (populatia) din starea neexcitata:

(1)

iar intensitatile emisiei induse si a emisiei spontane sunt proportionale cu populatia de pe nivelul superior.

(2)

(3)

unde marimile , poarta numele de coeficientii lui Einstein de emisie spontana, absorbtie si stimulata, este densitatea spectrala de energie a unui camp de radiatie care interactioneaza cu sistemul atomic cu doua nivele.

Daca printr-un mijloc oarecare se reuseste ca numarul de particule de pe nivelul superior sa depaseasca numarul de particule de pe nivelul inferior, situatie care este numita inversie de populatie, atunci intensitatea radiatiei emise depaseste intensitatea radiatiei absorbite. In aceasta situatie, radiatia de frecventa care se propaga in mediul cu inversie de populatie - mediul activ - in loc sa fie atenuata, prin absorbtie, este amplificata.

Daca se realizeaza un mediu activ , se spune ca acest mediu are o temperatura negativa, , in raport cu nivelele de energie si

(4)

unde si sunt gradele de degenerare ale nivelelor energetice si . Conceptul de temperatura negativa este folosit doar ca denumire a unei stari de neechilibru.

Mediul activ are un coeficient de absorbtie negativ.

Emisia stimulata poate fi realizata prin excitarea mediului activ prin diverse procedee si anume: ciocnire electronice, transfer rezonant de energie, pompaj optic, efect Penning, pompaj cu fascicule de electroni etc.

Domeniul optic in care lucreaza laserul este

Un laser este alcatuit dintr-un mediu activ situat intre doua oglinzi, una reflectanta si alta semireflectanta, lumina trebuind sa faca multiple drumuri in mediul amplificator (figura 1).

Exista mai multe tipuri de laseri: cu gaz (He-Ne, Ar, Kr, Xe), cu mediu activ lichid, chimici, cu semiconductori.

Radiatia laser prezinta urmatoarele proprietati:

concentrarea unor cantitati enorme de energie,

2. extrem de monocromatica,
3. directionalitate si paralelism foarte pronuntate
4. grad inalt de coerenta.

Figura 1

III. ARANJAMENT EXPERIMENTAL

Montajul experimental este prezentat in figura 2.

Figura 2

In aceasta lucrare se utilizeaza un laser cu semiconductori. Radiatia se datoreaza tranzitiilor intre electronii injectati pe nivelul cel mai de jos al benzii de conductie si cei plasati pe nivelele superioare ale bandei de valenta. Frecventa corespunde intervalului de energie dintre benzi. Initierea efectului se face cu o sursa electrica ce provoaca injectia electronilor in semiconductori.

IV. MODUL DE LUCRU

1. Se identifica pe ecran pozitiile maximelor de ordin (figura 3).

Figura 3

2. Se utilizeaza conditia de obtinere a maximelor de difractie

(5)

(6)

   (7)

(8)

unde este distanta dintre reteaua de difractie si ecran.

Se calculeaza valoarea medie a constantei retelei .

Datele experimentale se centralizeaza in tabelul urmator: