Методика работы.

При накаленном катоде трубки и поданном между её электродами высоком напряжении, в наполняющих трубку газах может поддерживаться светящийся газовый разряд. Веществом, дающим нужное видимое излучение разряда, является неон. Но необходимое для этого возбуждение атомов неона осуществляется через посредство атомов гелия. В электрическом разряде ударами электронов, вылетевших с катода и ускоренных электрическим полем, возбуждаются атомы гелия. Затем возбужденные атомы гелия, сталкиваясь с атомами неона, сообщают последним энергию, необходимую для перевода их, в свою очередь, в возбужденное состояние.

Схематическая картина некоторых энергетических уровней атомов гелия и неона представлена на рис. 15.3 (стрелками иллюстрируются происходящие в газовой трубке процессы).

Рис. 15.3. Схема электронных переходов в атоме неона и гелия.

Таким образом в трубке создается так называемая активная среда, состоящая из атомов Ne , обладающих инверсной заселенностью энергетических уровней электронов (т.е. в состоянии с большей энергией 3S₂ находится большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией 2Р₄).

Стрелкой на рис. 15.3 изображен спонтанный (самопроизвольный) переход с метастабильного уровня 3S₂ на основной уровень 2Р₄. Излученный при этом фотон может вызвать вынужденное испускание дополнительных фотонов, которые в свою очередь также вызовут вынужденное излучение и т.д. Таким образом, образуется каскад фотонов. Причем фотоны, возникающие при вынужденном излучении, летят в том же направлении, что и падающие фотоны. Фотоны, вылетевшие под малыми углами к оси, испытывают многократные отражения в зеркальном резонаторе. Поэтому путь их в трубке будет очень большим, так что каскады фотонов в направлении оси получают особенное развитие (происходит фокусировка пучка).

Режим генерации может осуществляться только в том случае, если усиление световой волны в результате индуцированного излучения при прохождении волны через активную среду будет больше, чем потери световой волны при каждом её отражении от полупрозрачных зеркал резонатора. Поэтому к зеркалам резонатора предъявляются очень высокие требования. В резонаторе образуется система стоячих световых волн с высокой плотностью энергии.

В результате газовый лазер дает узконаправленный пучок монохроматического излучения строго определенной электронными переходами частоты (и длины волны) согласно II постулату Бора (см. (VI.2)).

Для приближенного определения длины волны этого излучения можно воспользоваться дифракционной решеткой.

Из волновой оптики известно (см. лаб. Работу № 10), что положение главных максимумов определяется условием , тогда длина волны λ равна:

. (15.1)

Поскольку расстояние до экрана L>> Δx_m – расстояния меду главными максимумами, угол φ очень мал, а для малых углов:

. (15.2)

Тогда расчетная формула приобретает вид:

, (15.3)

где d – период дифракционной решетки, Δx_m – расстояние между двумя симметричными максимумами m-порядка.