Название: Курс физики - Трофимова Т.И.

Жанр: Физика

Рейтинг:

Просмотров: 15782


                                      Рис. 311

 

При столкновениях возбужденных атомов гелия с атома ми неона происходит их возбуждение и они переходят на один из верхних уровней неона, который расположен вблизи соответствующего уровня гелия. Переход атома неона с верхнего уровня 3 на один из нижних уровней 2 приводит к лазерному излучению с l=0,6328 мкм.

Лазерное излучение обладает следующими свойствами:

1. Временная и пространственная когерентность (см. § 171). Время когерентности составляет 10 -3 с, что соответствует длине когерентности порядка 105 м (lког = сtког), т. е. на семь порядков выше, чем для обычных источников света.

2. Строгая монохроматичность (Dl <  10-11 м).

3. Большая плотность потока энергии. Если, например, рубиновый стержень при накачке получил энергию W = 20 Дж и высветился за 10-3 с, то поток излучения Фе=20/10-3 Дж/с = 2×104 Вт. Фокусируя это излучение на площади 1 мм2, получим плотность потока энергии Фе/S = 2×104/10-6 Вт/м2 = 2×1010 Вт/м2.

4. Очень малое угловое расхождение впучке. Например, при использовании специальной фокусировки луч лазера, направленный с Земли, дал бы на поверхности Луны световое пятно диаметром примерно 3 км (луч прожектора осветил бы поверхность диаметром примерно 40 000 км).

К.п.д. лазеров колеблется в широких пределах — от 0,01% (для гелий-неонового лазера) до 75% (для лазера на стекле с неодимом), хотя у большинства лазеров к.п.д. составляет 0,1—1%. Создан мощный СО2-лазер непрерывного действия, генерирующий инфракрасное излучение (l = 10,6 мкм), к.п.д. которого (30%) превосходит к.п.д. существующих лазеров, работающих при комнатной температуре.

Необычные свойства лазерного излучения находят в настоящее время широкое применение.

Применение лазеров для обработки, резания и микросварки твердых материалов оказывается экономически более выгодным (например, пробивание калиброванных отверстий в алмазе лазерным лучом сократило время с 24 ч до 6—8 мин). Лазеры применяются для скоростного и точного обнаружения дефектов в изделиях, для тончайших операций (например, луч CO2-лазера в качестве бескровного хирургического ножа), для исследования механизма химических реакций и влияния на их ход, для получения сверхчистых веществ. Широко применяется лазерное разделение изотопов, например такого важного в энергетическом отношении элемента, как уран.

Одним из важных применений лазеров является получение и исследование высоко температурной плазмы. Эта область их применения связана с развитием нового направления — лазерного управляемого термоядерного синтеза.

Лазеры широко применяются в измерительной технике. Лазерные интерферометры (в них источником света служит лазер) используются для сверхточных дистанционных измерений линейных перемещений, коэффициентов преломления среды, давления, температуры. Например, рассмотренный выше гелий-неоновый лазер из-за излучения высокой стабильности, направленности и монохроматичности (полоса частот 1 Гц при частоте 1014 Гц) незаменим при юстировочных и нивелировочных работах.

Интересное применение лазеры нашли в голографии (см. § 184). Для создания систем голографической памяти с высокой степенью считывания и большой емкостью необходимы газовые лазеры видимого диапазона еще более высокой монохроматичности и направленности излучения.

Очень перспективны и интересны полупроводниковые лазеры, так как они обладают широким рабочим диапазоном (0,7—30 мкм) и возможностью плавной перестройки частоты их излучения.

Применения лазеров в настоящее время столь обширны, что даже их перечисление в объеме настоящего курса просто невозможно.

 

Задачи

 

          29.1. Определить, сколько различных волновых функций соответствует главному квантовому числу n=5.125]

 

          29.2. Построить и объяснить диаграмму, иллюстрирующую расщепление энергетических уровней и спектральных линий (с учетом правил отбора) при переходах между состояниями с l =2 и l =1. [d®р-переход].

 

          29.3. Принимая, что уравнению Шредингера для 1s-состояния электрона в атоме водорода удовлетворяет функция  Y = Ce-r/a    (С — некоторая постоянная), показать, что a = ℏ24pe0/(me2), равная первому воровскому радиусу. Учесть, что 1s-состояние сферически-симметрично.

 

          29.4. Электрон в атоме находится в f-состоянии. Определить: 1) момент импульса (орбитальный) Ll электрона; 2) максимальное значение проекции момента импульса Llzmax на направление внешнего магнитного поля. [1) 3.46ℏ; 2) Зℏ]

 

          29.5. Заполненной электронной оболочке соответствует главное квантовое число n = 3. Определить число электронов в этой оболочке, которые имеют одинаковые следующие квантовые числа: 1) ms=1/2 и l = 2; 2) ms = 1/2 и ml = 0. [1) 5; 2) 3]

 

          29.6. Минимальная длина волны рентгеновского излучения, полученного от трубки, работающей при напряжении 50 кВ, равна 24,8 нм. Определить по этим данным постоянную Планка. [6,61×1034 Дж-с]


Оцените книгу: 1 2 3 4 5