Изучение физических принципов работы лазеров и свойств лазерного излучения

1. Постановка задачі.

2. Хід роботи.

3. Результати роботи.

4. Висновки.

 

Контрольні питання

 

1. Що розуміється під терміном остовне дерево для заданого графа?

2. Із скількох ребер складається остовне дерево? Обґрунтуйте свою відповідь.

3. На якому алгоритмі базується алгоритм побудови остовного дерева?

4. Чи завжди існує лише один варіант остовного дерева для заданого графа? Обґрунтуйте свою відповідь.

5. Що розуміється під остовним деревом мінімальної довжини?

6. Продемонструйте покрокове виконання «жадібного» алгоритму на власному прикладі.

 

Лабораторная работа

Изучение физических принципов работы лазеров и свойств лазерного излучения

Цель работы: ознакомиться с принципом работы лазеров, их использованием в медицине, с характеристиками лазерного излучения; определить длину волны излучения гелий-неонового лазера.

Теоретическое обоснование:

Лазер – источник вынужденного излучения с инверсных (перезаселённых) уровней. Лазеры генерируют излучение в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях. По типу активной среды различают лазеры: твёрдотельные, газовые, полупроводниковые и жидкостные. Любой лазер состоит из трёх основных компонентов:

1. активная среда, в которой создаются состояния с инверсией заселённости электронных уровней;

2. систему энергетической накачки – устройство для создания инверсной заселённости в активной среде;

3. оптический резонатор – устройство, искусственно удлиняющее рабочее тело, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок.

Свойства лазерного излучения:

1. строгая монохроматичность (Dλ<10-11м);

2. высокая когерентность;

3. малое угловое расхождение луча (на Луне даст пятно размером 3 км вместо 40000км);

4. большой диапазон изменения мощности (от 1·10^-3 до 10⁹ Вт).

В клинической практике лазеры используют:

в офтальмологии (отслойка сетчатки, диагностика глаукомы, катаракты);

в терапии (консервативное лечение язв желудка, двенадцатиперстной кишки и др.);

в хирургии (при резекции; при остановке кровотечения; при удалении полипов; при резке и сварке тканей);

в пластической хирургии и косметологии (для удаления татуировок, дефектов лица и головы);

в онкологии (для лечения и удаления кожных опухолей);

в нейро- и микрохирургии (при операциях на головном мозге, сшивание мелких сосудов, нервов сухожилий).

Устройство лазера

 

1 – активное вещество (трубка с газом);

2 – система накачки (импульсные газоразрядные лампы);

3 – глухое зеркало резонатора;

4 – выходное зеркало резонатора.

Инверсия заселённости в смеси гелия и неона образуется за счёт поглощения световых квантов. На активное вещество падает поток света I₀. За один проход сквозь трубку с газом произойдёт усиление света в k раз, т.е. I₁= k·I₀. Для получения больших значений интенсивности активную среду искусственно удлиняют с помощью системы строго параллельных зеркал (резонатора). При отражении от глухого зеркала, за второй проход сквозь активное вещество, произойдёт усиление света ещё в k раз, т.е. I₂= k²·I₀. Многократное отражение от зеркала приводит к значительному усилению света. От второго (выходного) зеркала назад в активную среду отражается большая часть света, и лишь незначительная часть выходит наружу. Зеркала делают многослойными, чтобы создать вследствие интерференции необходимый коэффициент отражения только для одной длины волны. Поэтому лазер генерирует монохроматическое излучение.

Ход работы

 

При освещении дифракционной решётки нормально падающим монохроматическим светом происходит дифракция. Вторичные когерентные волны образующиеся в результате дифракции, распространяясь по всем направлениям, интерферируют, образуя дифракционную картину. Главные дифракционные максимумы возникают при условии

c·sinα=±k·λ, где k=0,1,2…..порядок максимума

Зная период решётки с и угол α, под которым виден максимум k-порядка, определим длину волны ,

т.к. sinα ≈ tgα=x∕2ℓ, то , где ℓ - расстояние между решёткой и экраном;

х – расстояние между максимумами одного порядка

Таблица полученных значений

k	ℓ, мм	х, мм	tgα	λ, мкм	λ ср, мкм

λ₁=

λ₂=

λ₃=

λ_ср=

Вывод: ознакомились с принципом работы лазеров, их использованием в медицине, с характеристиками лазерного излучения; определили длину волны излучения гелий-неонового лазера λ_ср= мкм.