Эффект Зеемана на рабочем переходе в гелий-неоновом лазере

Эффект Зеемана на рабочем переходе в гелий-неоновом лазере

• Рекомендуемый курс лекций: 'Экспериментальные методы квантовой радиофизики' для студентов III, IV курсов.
• Пропускная способность: работа выполняется одним студентом. Время выполнения работы 4 академических часа.
• Физическая проблема:
  В газовом лазере основные процессы, приводящие к осуществлению инверсной населенности, происходя в газовом разряде. При этом атомы и ионы участвуют в достаточно сложных процессах, что приводит к различным механизмам уширения спектральных линий излучения. Главным из них являются естественное уширение, уширение из-за столкновенийи доплеровское уширение.
  Естественное уширение обусловлено конечной шириной энергетических переходов в атоме и определяет наименьшую полуширину свободного излучающего атома. Например, в атоме неона естественная полуширина спектральных линий составляет 19 МГц.
  Столкновения в газе приводят к уменьшению времени жизни атома в возбужденном состоянии и соответствующему уширению спектральных линий. В разряде Не-Ne лазера полуширина спектральной линии атома неона составляет 0.64 МГц.
  Доплеровское уширение связано с проявлением эффекта Доплера при тепловом движении излучающих атомов. Доплеровское уширение спектральных линий значительно больше естественной ширины линии. Так, например, доплеровское уширение в разряде Не-Ne лазера составляет 1700 МГц на переходе, излучающем длину волны 0.63 мкм.
  При помещении активной среды в резонатор ширина линии лазерного излучения определяется шириной пика резонансного пропускания резонатора и контуром усиления в инверсной активной среде. В результате щирина линии лазерного излучения при достаточно хороших параметрах резонатора может оказаться значительно меньше естественной ширины. Так, например, в Не-Ne лазере полуширина линии излучения не превышает 1 МГц.
  Из атомной физики известно, что в магнитном поле происходит снятие вырождения энергии состояния атома от величины проекции полного момента на какое-либо направление. При снятии вырождения энергетические уровни расщепляются, причем величина расщепления зависит от величины g-фактора (фактора Ланде). Уменьшение полуширины линии лазерного излучения в 1700 раз по сравнению с доплеровской позволяет измерять зеемановское расщепление в активной среде при достаточно малых напряженностях магнитного поля. Величину g-фактора можно рассчитать теоретически, основываясь на схеме электронных состояний атомов в Не-Ne разряде, и измерить экспериментально.
  Цель работы:
  а. Знакомство студентов с механизмами возбуждения и излучения атомов в газовом разряде.
  б. Знакомство студентов с явлением расщепления спектральных линий в магнитном поле (эффектом Зеемана).
  в. Изучение метода регистрации расщепления спектральных линий с помощью интерферометра Фабри-Перо и линейного фотоприемника на основе фоточувствительного прибора с зарядовой связью.
  В процессе выполнения лабораторной работы студент должен подготовить установку к работе и зарегистрировать спектр излучения гелий-неонового лазера, помещенного в магнитное поле.
  На первом этапе выполнения работы необходимо отъюстировать оптическую часть установки. Особое внимание уделяется приобретению практических навыков юстировки интерферометра Фабри-Перо. Качество юстировки оценивается по величине измеренных значений аппаратной функции установки.
  На втором этапе студент настраивает режим регистрации спектра излучения и проводит измерение спектра при разных значениях напряженности магнитного поля.
  По зарегистрированному спектру рассчитывается величина g-фактора и сравнивается с теоретическим значением.
  
• Оборудование: - источник излучения - гелий-неоновый лазер ЛГ-78 с блоком питания;
  - интерферометр Фабри-Перо ИТ-51;
  - соленоид с блоком питания;
  - приемник излучения - фоточувствительный прибор с зарядовой связью с блоком питания;
  - цифровой запоминающий осциллограф С9-8.
  
• Подготовка системы к работе, настройка режимов работы регистрации спектра и регистрация спектра производится в ручном режиме.
• Контактные телефоны: Рагозин Е.Н. 132-63-29; Масалов А.В. 132-67-60.