ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.03.2024
Просмотров: 78
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
93
9.2-кесте
| Атом | Hg(80) | Cd(48) | Zn(30) |
| иондану энергиясы,эВ | 10,4 | 9,0 | 9,4 |
| 1P11S0 ауысуы 1. ,нм Е, эВ | 253,7 4,9 | 326,1 3,8 | 307,6 |
| 3S13P0 ауысуы 2. ,нм Е, эВ | 404,7 3,1 | 467,8 2,6 | 4,0 |
| 3S13P1 ауысуы 3. ,нм Е, эВ | 435,8 2,8 | 480,0 2,6 | |
| 3S13P2 ауысуы 4. ,нм Е, эВ | 546,1 2,3 | 508,6 2,4 | |
Бақылау сұрақтары
-
Атомдағы электрон қандай кванттық сандармен сипатталады? -
Паули принципiн тұжырымдаңыз. Паули принципi қандай бөлшектерге арналған? -
Атомдағы электрондардың қандай тобын: а) электрондық қабықша, б) электрондық қабат дейдi? Қабат пен қабықшадағы электронның ең көп саны қандай болады? -
Екi валенттi электроны бар элементтер спектрлерiнде қандай заңдылықтар байқалады? -
Екi валенттi электроны бар элемент атомының энергия деңгейлерiнiң триплеттiк және синглеттiк түзілiсiнiң физикалық себебi қандай?
94
10. ГЕЛИЙ, НЕОН АТОМДАРЫ ЖӘНЕ ГЕЛИЙ-НЕОН ЛАЗЕРІ ШЫҒАРАТЫН ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК СӘУЛЕ СПЕКТРІН ЗЕРТТЕУ. ЛАЗЕРДІҢ ЖҰМЫС ІСТЕУ ПРИНЦИПІ
10.1.Жұмыстың мақсаты мен мазмұны
Не-Ne лазерi және жарықтың оптикалық кванттық күшейткiшi құрылысымен, жұмыс iстеуi физикалық принциптерiн оқып-үйрену, лазердiң негiзгi сипаттамаларын тәжiрибеде анықтау: шығаратын сәуле толқын ұзындығын, лазерлық шоқтың кеңеюiн, және поляризациясын; гелий, неон атомдары және Не-Ne лазерi шығаратын жарық спектрлерiне салыстырмалы зерттеу жүргізу.
Теория саласында студент жарықтың шығарылу және жұтылуы-Эйнштейн коэффициенттерi, Планк формуласы, Брюстер, Малюс заңдары, Брюстер бұрышымен байланысты мәселелердi оқып-үйрену, және де лазердiң жұмыс iстеуiнiң негiзгi принциптерiн ұғып алу, газ лазерiн қолдана бiлудi игеру.
10.2.Аппаратура
Не-Ne лазерi, гелий және неон қоспасы бар газ разрядтық түтік, қоректендiру көзi, неон шам, сәуле қабылдағыш (фотоэлемент, фотодиод), поляризатор, УМ-2 монохроматоры.
10.3.Қысқаша теория
Өткен ғасырдың 60-шы жылдардың басында пайда болған лазерлер жиiлiктердiң оптикалық диапазонында жұмыс iстейтiн жарық көзi ретiнде кең қолдану тапты. «Лазер» терминi ағылшынша индукцияланған (ерiксiз) жарық шығару көмегiмен жарық тербелiстерiн күшейту деген сөз тiркестерiнiң бiрiншi әрiптерiнен құралған. Оптикалық диапазондағы кванттық электроника саласындағы прогресс лазер сәулесiнiң жоғары сапасына-жоғары уақыттық және кеңiстiктiк когеренттiгi, монохроматтылығы және аса бағыттылығына байланысты. Лазер сәулесiн тиiмдi фокустауға болады, бұл лазер шоғында энергияның өте үлкен тығыздығын алуға мүмкіндiк бередi. Лазерлердiң осы мүмкіншiлiктерi радиоэлектрониканың локация, навигация, байланыс, телевизия, есептеу техникасы сияқты салаларын дамыту үшін елеулi мәнi бар. Лазерлердiң технологиялық қолданулары да белгiлi.
Л
95
азер үш элементтен-активтi орта, қоздыру жүйесi (толтыру көзi), резонатордан тұрады (10.1-сурет).
Резонатор
А
йна жартылай м
өлдiр айнаА
ктивтi ортал
азер сәулесiТ
олтыру көзiСурет 10.1 Лазердің жалпы схемасы
Лазерлердегi жарықтың күшею және генерация құбылысының мәнiсiн ұғыну үшін электромагниттiк сәуленiң атомдық жүйемен әсерлесуiнiң элементар процестерiн толығырақ қарастыру керек.
10.3.1.Кванттық ауысулар. Атомның деңгейдегi өмiр сүру ұзақтығы. Атомның энергия күйiнiң өзгерiп, жарық шығару не жұтумен қабаттаса жүруi кванттық ауысулар деп аталады. Деңгейлер арасындағы ауысулар ықтималдық «тiлiмен» сипатталады. Егер энергияны жұту немесе жарық шығаруға сәйкес келетiн ауысу ықтималдығы үлкен болса, онда мұндай ауысулар рұқсат етiлген көшулер деп аталады. Тиым салынған деп аталатын ауысулар да болады. Рұқсат етiлген ауысуларға қарағанда олардың ықтималдығы өте аз (шамамен 1000 есе). Кванттық күйлер арасында ауысудың болу не болмауын анықтайтын ережелер-
сұрыптау ережелерi деп аталады. Ауысу ықтималдығының өлшеуiшiне атомның деңгейдегi өмiр сүру ұзақтығы алынады. Ол қозғаннан кейiн қанша уақыттан соң ауысу болатынын анықтайды. Қозған деңгейлердiң көпшiлiгiнде атомның әдетте өмiр сүру уақыты 10-7-10-8 с. Ауысуға тиым салынған жоғары деңгейлер метаорнықты деңгейлер деп талады. Бұл деңгейлерде атомдардың өмiр сүру уақыты 1000, тiптi миллион есе ұзақ болады.
Бөлшек (атом не молекула) бiр энергетикалық деңгейден екiншi деңгейге ауысқанда бөлшектiң iшкi энергиясы осы деңгейлер энергияларының айырмасына тең шамаға өзгередi. Жоғарырақ деңгейге ауысқанда бөлшек энергияны жұтады, ал төменiрек деңгейге ауысқанда-шығарады. Кванттық ауысулар кезiнде электромагниттiк сәуле шығарылуы не жұтылуы сондай-ақ ешқандай сәуле шығарылмауы да жұтылмауы да мүмкін. Жиiлiгi vik электромагниттiк толқын түрінде шығарылған (не жұтылған) энергия үшін мына iргелi заң орындалады (Бордың жиiлiктер шарты):
(10.1)1
96
0.3.2.Жарық шығару және жұту процестерi. Эйнштейн коэффициенттерi. Оңашаланған атом өзiнiң энергетикалық күйiн өзгертуi үшін ол фотон жұтып (энергия қабылдап), жоғарырақ энегетикалық деңгейге көтерiлуi керек, немесе фотон шығарып, төменiрек энергетикалық деңгейге түсуi тиiс. Егер атом қозған күйде болса, онда бiраз уақыттан соң төменiрек күйге ауысып және фотон шығаруы ықтимал. Егер осы қозған атом орналасқан кеңiстiкте электромагниттiк өрiс болмаса, онда атомның төменгi күйге ауысу процесiне байланысты фотон шығаруы спонтандық (өздiгiнен) жарық шығару делiнедi. Спонтандық жарық шығару когеренттi болмайды, себебi бұл жағдайда жеке атомдар бiр-бiрiнен тәуелсiз жарық шығарады. Ендi атомдар жайғасқан кеңiстiк бөлiгiнде электромагниттiк өрiс болсын және өрiс жиiлiгi атом шығаратын фотон жиiлiгiндей болсын делiк. Бұл жағдайда да атомдардың төменгi күйге спонтандық ауысулары болады және олар өрiс жоқ кездегiдей өтедi. Бiрақ сыртқы электромагниттiк өрiс атомдарды жарық шығаруға мәжбүр етедi, олардың төменгi энергетикалық күйге ауысу ықтималдығын арттырады. Оның үстіне осы жағдайда атомдар электромагниттiк өрiстiң жиiлiгi, таралу бағыты және поляризациясы дәл сыртқы электромагниттiк өрiстiкiндей жарық шығарады, яғни жарық когеренттi болады. Осылай жарық шығару индукцияланған жарық шығару деп аталады және көшу ықтималдығы сыртқы электромагниттiк өрiс энергиясының тығыздығына байланысты болады: неғұрлым энергия тығыздығы үлкен болса, ықтималдық та соғұрлым үлкен болады.
Екi жағдайда да көшудi ұйымдастыруға сыртқы электромагниттiк өрiс энергиясы жұмсалмайды, сондықтан оның шамасы шығарылған фотон энергия шамасына артады. Бiрақ осыларға керi процестер де жүредi: атомдар фотондарды жұтып, қозған күйге ауысады, соның нәтижесiнде электромагниттiк өрiс энергиясы кемидi.
Осы процестердi қарастырайық. Өте сиретiлген газ алайық. Бұл жағдайда газ атомдарының бiр-бiрiне әсерiн, сонымен қоса сәуле шығармайтын ауыcуларды ескермеуге болады. Атомдар тек екi күйде: төменгi қозбаған 1-күйде және жоғарғы қозған 2-күйде бола алады деп қарастырайық. t уақыт мезетiнде бiрлiк көлемдегi 1 және 2-күйлерде орналасқан атомдар саны N1және N2 болсын. dt уақыт аралығында атомдардың бiр бөлiгi қозған 2-күйден қозбаған 1-күйге спонтандық ауысу жасайды. Осы атомдардың саны 2-күйдегi атомдар санына, уақыт аралығына пропорционал:
, (10.2)м
97
ұндағы А21 атомның2-күйден 1-күйге спонтандық ауысу ықтималдығы. Осыдан кез-келген уақыт мезетiндегi қозған күйдегi атомдар санын табуға болады:
, (10.3)мұндағы N20 бастапқы уақыт мезетiнде бiрлiк көлемдегi 2-күйдегi атомдар саны.
Спонтандық шығарылған жарықтың қуаты (10.2) теңдiкке сәйкес мынаған тең болады:
,яғни спонтандық шығарылған жарық қуаты уақытқа байланысты экспоненциялық заң бойынша кемидi.
Ендi атомдар ν21 жиiлiгiне сәйкес энергия тығыздығы жарық өрiсiнде орналасқан дейiк. Сонда атомдардың электромагниттiк өрiспен әсерлесуi нәтижесiнде индукцияланған жарық шығару пайда болады. Эйнштейннiң болжауы бойынша уақыт бiрлiгiндегi 21 индукцияланған ауысу ықтималдығы электромагниттiк өрiс энергиясының ауысу жиiлiгiндегi тығыздығына пропорционал, яғни
, (10.4)мұндағы В21- индукцияланған жарық шығару үшін Эйнштейн коэффициентi.
Жарық шығаратын 21 ауысулардың толық ықтималдылығы ықтималдықтардың (спонтандық және индукцияланған) қосындысына А21+В21 тең болғандықтан, dt уақыт аралығында өтетiн 21 ауысулардың толық саны мынаған тең:
