用光谱相对强度研究氦氖放电管增益特性

1、用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特王05-09-一、实验目二、实验原与 He-Ne 激光有关的能级结构和HeNeHe-NeHe 3个能级：11S 23S 和21S He的，同时又都是偶态，它们之间不能产生辐射跃迁，因此23S和21S 都是亚稳态。Ne0关能级共有 6 组，简写（帕邢符号）为：1S （基态2p6，S(2p53s2S(2p54s03S(2p55s2P(2p53p) 3P(2p54p) ，其中的 S 组态为奇态，均由四个能级组成，PHe的激发态23S 和21S Ne2S 3S激发态的He 原子与基态Ne 原子发生非弹性碰撞，把能量转移给 Ne 原子。这种能量共振转 1S 1S 2P

2、 3P 抽空。这样在3S2态与3P1,2,10态之间、3S2态与2P1,2,102S2,3,4,5态与2P1,2,10态之间形成粒子数反转。在放电管两端加上适当的谐振腔就可以实现激光振荡。在 He-Ne 激光其中最常见的功率最强的激光波长有3.39m，1.15m ，6328A 3S2 3P4 2S2 2P4 3S2 3P4 。实验中选择了位于可见光波段的 6328A谱线（g2 G()(N B hg2 11 1其中 N2 、 N1 分别表示上、下能级的单位体积中的粒子数， g1 g2 各表示上、下能级的统计c / n 是介质中的光速h 是发射光子能量， g() 是发射谱线的线型函数B21 2 1

3、 B21 A21 的关系为：B21 8h G() 1 (N N g2 )A g1g1A21成正比，与波长光谱线强度与能级粒子数的关（且成正比I21 N2N2 。三、实验装其中1 He-Ne 激光器；2 WDG-50 型光栅单色仪，光栅单色仪中G 为平面闪耀光栅，M1 为离轴抛物镜，M2 为平面反射镜，S1 S1进入，S2为出射狭缝；3S2紧贴；4，5，6He-Ne激光的采集；8 为电压表，接于光电倍增管输出端，与计算机一样可以测量自发辐射的强度；9四、实验内容与操作步打开 He-Ne 激光器电源，快速将电流调到推荐的最佳值 16mA，预热 20 分钟等激光器Ne6402.25A）对其进行校准调

4、节使入射狭缝和出射狭缝宽度基本相等，并 0.15mm，设置计算机（先后输入起5800A6500A范围内扫描，5875.62 6402.25 线的鼓轮示数，分别求出示数与波长标准值之差（同时应1A，并取平均值作为以后测量时的修正值。He-Ne 验数据采集程序对 5800A7400A 波段分三段（5800A6300A6300A6900A， 上能级的谱线各两条，He，Ne谱线重叠时不能选用（选择两条谱线的目的是互相比较以防从上一步记录的扫描数据中读出被选用的谱线的强度峰值，计算出 3S2 2P1 2P2 ， 2P8 2P10 态的粒子数，从而计算出所有各激光谱线的相对粒子数差（N2 N1g2 g1

5、6328 6293.74线（3S2 2P6 ）6096.16 线（2P4 1S4 106293.746328激光谱线上能级3S26096.16 线强度求6328激光谱线下能级2P4五、实验记录与数据处0.15mm标准值示值修正值444A* 实验中发现：计算机控制的波长区间与单色仪鼓轮显示的波长区间之间也有系统误120A1A He-Ne图三、He-Ne放电管的自发发射光谱/S()表示N2 3S2 13S2 在已知各能级粒子数的情况下，利用公式（3） 1/A N 2N 1g2 /3S2 33S2 13S2 33S2 3S2 13S2 3S2 13S2 3S2 1 6290A）6096.16A线（6

6、091A）计算出3S22P4的上下能级P=0 点只好暂缺，/6293线强6096线强N2 N1 得到增益系数随激光功率的变化曲线P P图四、增益系数随激光功率的变化曲线G(PG(I)G0/(1I/Is G(IGG(IG(G(IY=A+ B*ABRNP1 六、总结与思对观察饱和增益时的数据测量的一点体会关于P 节单色仪波长以测得上下能级自发发射光强。理由是波长示值较激光功率的测量要精确得且可以通过观察电压读数确保单色仪停留在自发信号的峰值位置上。（1） 差，每次调节的步长还不严格相等（1A，至于波长实在难以精确重复。而这一波长（3）He-Ne6328.2A g1g2 g1g2 6328.2A 激光跃迁