Nghiên cứu hoạt động của laser he ne và một số ứng dụng trong thí nghiệm dạy học vật lý trường trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN ĐÌNH NHÂN NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA LASER He-Ne VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM DẠY HỌC VẬT LÝ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Nghệ An - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN ĐÌNH NHÂN NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA LASER He-Ne VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM DẠY HỌC VẬT LÝ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHÚ Nghệ An - 2018 i LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc si ̃ hoàn thành Trường Đại học Vinh Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, lịng trân trọng biết ơn sâu sắc xin gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Phú giao đề tài, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin phép cảm ơn thầy cô tham gia giảng dạy, đào tạo lớp Quang học 24, cảm ơn thầy cô ngành Vật lý, phòng đào tạo sau đại học, ban lãnh đạo Trường Đại học Vinh, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu sở đào tạo Tôi bày tỏ lòng biế t ơn tới gia đình, ba ̣n bè, đồ ng nghiêp̣ và các anh chi ̣ ho ̣c viên lớp Cao ho ̣c 24 – chuyên ngành Quang ho ̣c ta ̣i Trường Đa ̣i ho ̣c Vinh đã đô ̣ng viên, giúp đỡ quá trình ho ̣c tâ ̣p Xin chân thành cảm ơn! Nghê ̣ An, tháng 08 năm 2018 Tác giả luận văn Trầ n Đin ̀ h Nhân ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v MỞ ĐẦ U 1 Lý chọ n đề tà i Mụ c đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệ m vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LASER KHÍ VÀ LASER He-Ne 1.1 Tỏ ng quan về laser khí 1.2 Laser He-Ne 14 1.3 Kế t luạ n chương I 17 CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CỦA LASER He-Ne TRONG THÍ NGHIỆM DẠY HỌC VẬT LÝ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 18 2.1 Đo bước só ng củ a laser He-Ne 18 2.2 Đo công suá t củ a laser He-Ne 29 2.3 Tìm hiể u thí nghiệ m giao thoa kế Michelson và thí nghiệ m giao thoa kế Mach-Zehnder 34 2.4 Kế t luạ n chương II 36 KẾT LUẬN CHUNG 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Tên hình vẽ TT Trang 1.1 Cấ u ta ̣o bản của laser khí 1.2 Các mức lươ ̣ng của laser khí 1.3 Sơ đồ hoa ̣t đô ̣ng ba mức lượng laser khí 10 1.4 Khảo sát nghich ̣ đảo ̣ tích lũy giữa các miề n 13 1.5 Cấ u ta ̣o laser He-Ne 16 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của laser He-Ne Ảnh chu ̣p máy phát Laser He-Ne 632,8nm (Carlsbad, 17 2.1 California 92011 USA) 19 2.2 Ảnh chu ̣p quang phổ kế 19 2.3 Ảnh chu ̣p kế t quả phổ kế t nố i máy tính có cài phầ n mề m Thorlabs OSA với phổ kế 21 2.4 Ảnh chu ̣p khe Young 22 2.5 Ảnh chu ̣p màn quan sát 22 2.6 Ảnh chu ̣p thước că ̣p 23 2.7 Thí nghiê ̣m đo bước sóng laser He-Ne bằ ng khe Young Cách tử sử dụng thí nghiệm 24 27 2.10 Thí nghiê ̣m đo bước sóng laser He-Ne bằ ng cách tử Ảnh chu ̣p máy phát laser He-Ne 2.11 Ảnh chu ̣p đầ u đo công suấ t 30 2.12 Máy đo công suấ t (Light Power Meter, Model LLM_2, hañ g Lambda) 31 2.8 2.9 27 30 32 2.14 Thí nghiê ̣m xác đinh ̣ công suấ t laser He-Ne Ảnh chu ̣p kế t quả đo công suấ t ở lầ n đo đầ u tiên 2.15 Thí nghiệm với giao thoa kế Michelson 35 2.16 Thí nghiệm với giao thoa kế Mach-Zehnder 36 2.13 32 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng Bảng 2.1 Bảng số liê ̣u thu đươ ̣c về sự phu ̣ thuô ̣c của cường đô ̣ vào bước sóng của ánh sáng laser Trang 20 Bảng số liêụ thu đươ ̣c về khoảng cách từ khe Young 2.2 đế n màn quan sát (D), khoảng cách của vân sáng 25 liên tiế p (L) và sai số của từng phép đo (đơn vi:̣ mm) Bảng số liê ̣u thu đươ ̣c về khoảng cách từ cách tử đế n 2.3 màn quan sát (D), khoảng vân (i) và sai số của từng 28 phép đo (đơn vi:̣ mm) Thông số kỹ thuật về bước sóng và công suấ t tố i đa 2.4 của máy Light Power Meter, Model LLM-2, hañ g 31 Lambda 2.5 Bảng số liêụ thu đươ ̣c giá tri ̣công suấ t sau lầ n đo 33 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Đại lượng Diễn giải N Đô ̣ tích lũy nguyên tử N0 Đô ̣ tích lũy nguyên tử trạng thái Ni Đô ̣ tích lũy nguyên tử trạng thái i N1b Đô ̣ tích lũy nguyên tử khí b ở mức N 2a Đô ̣ tích lũy nguyên tử khí a ở mức E Năng lươ ̣ng hệ E0 Năng lươ ̣ng mức bản Ei Năng lươ ̣ng mức i  Thời gian số ng hệ i Thời gian số ng hạt mức i  Hệ số tích MỞ ĐẦU Lý cho ̣n đề tài Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) phát minh khoa học quan trọng kỉ XX Tháng năm 1960, Maiman chế tạo laser Rubi, laser giới tháng sau tức tháng năm 1960, Javan chế tạo laser khí He-Ne Cho tới hầu hết loại laser rắn, lỏng, khí, bán dẫn,… trải hầu hết dải sóng chế tạo mang tính cơng nghiệp chứng tỏ vai trị phát triển khoa học kĩ thuật ứng dụng nhiều ngành khác kinh tế quốc gia Nhằm tìm hiểu vật lý công nghệ loại laser cụ thể, chọn đề tài “Nghiên cứu hoạt động laser He-Ne và mô ̣t số ứng du ̣ng thí nghiêm ̣ da ̣y ho ̣c vật lý trường trung ho ̣c phổ thông” để làm đề tài luận văn Mu ̣c đích nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan laser khí laser He-Ne Tiến hành số thí nghiệm vật lý với laser He-Ne Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Laser He-Ne Phạm vi: Những kiến thức laser laser khí, laser He-Ne Ứng dụng laser He-Ne thí nghiê ̣m da ̣y ho ̣c trung ho ̣c phổ thông Nhiêm ̣ vu ̣ nghiên cứu Nghiên cứu đặc điểm, cấu tạo, nguyên lí hoạt động ứng dụng laser khí nói chung laser He-Ne Tiến hành thí nghiệm vật lý với laser He-Ne Phương pháp nghiên cứu đề tài Tổng hợp phân tích Tiến hành thực nghiệm CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LASER KHÍ VÀ LASER He-Ne 1.1 Tổ ng quan về laser khí 1.1.1 Cấu ta ̣o bản máy phát laser Cấu tạo máy phát laser gồm ba phận mơ tả hình 1.1 gồm mơi trường hoạt chất, nguồn bơm buồng cộng hưởng a) Môi trường hoạt chất: Đây là môi trường vâ ̣t chấ t có khả khuế ch đa ̣i ánh sáng qua nó Mơi trường hoạt chất chất khí, lỏng hay rắn b) Ng̀ n bơm (bơ ̣ phâ ̣n kích thích): Đây là bô ̣ phâ ̣n cung cấ p lươ ̣ng để ta ̣o đươ ̣c sự nghich ̣ đảo đô ̣ tích lũy hai mức lươ ̣ng nào đó của hoa ̣t chấ t và trì sự hoa ̣t đô ̣ng của laser Tùy theo các loa ̣i laser khác mà có nhiề u phương pháp kić h thích khác Nói chung có thể phân loa ̣i: + Kích thić h bằ ng ánh sáng hay go ̣i là bơm quang ho ̣c, là loa ̣i kích thích phổ biế n Hoa ̣t chấ t thu lươ ̣ng bơm qua quá trình hấ p thu ̣ + Kích thić h bằ ng va cha ̣m điê ̣n tử: lươ ̣ng điêṇ tử đươ ̣c gia tố c điêṇ trường đươ ̣c truyề n cho các ̣ nguyên tử hoa ̣t chấ t nhờ quá triǹ h va cha ̣m Sự truyề n lươ ̣ng kích thić h này sang da ̣ng lươ ̣ng bức xa ̣ của tia laser thường xảy phức ta ̣p tùy theo loa ̣i laser [1, tr11] c) Buồ ng cô ̣ng hưởng: là bô ̣ phâ ̣n dùng để khuế ch đa ̣i các tia sáng laser trước khỏi máy phát Thành phầ n chủ yế u là hai gương phản xa ̣, mô ̣t gương có ̣ số phản xa ̣ rấ t cao cỡ 99,999% (coi là phản xa ̣ toàn phầ n) còn mô ̣t gương có ̣ số phản xa ̣ thấ p để tia laser thoát ngoài (gương bán ma ̣) Mô ̣t các gương có thể đươ ̣c thay bằ ng lăng kính, cách tử tùy theo yêu cầ u Vai trò chính của buồ ng cô ̣ng hưởng là làm cho bức xa ̣ hoa ̣t chấ t phát có thể la ̣i nhiề u lầ n qua hoa ̣t chấ t để đươ ̣c khuế ch đa ̣i lên Hai gương phản xa ̣ có thể để xa hoa ̣t chấ t hay gắ n chă ̣t với nó 25 Lầ n đo (n) D ∆D L ∆L 1654 4,6 20,9 0,1 1672 13,4 21,2 0,2 1655 3,6 21,0 0,0 1662 3,4 21,1 0,1 1650 8,6 20,8 0,2 Trung biǹ h 1658,6 6,72 21,0 0,12 Bảng 2.2: Bảng số liê ̣u thu được về khoảng cách từ khe Young đế n màn quan sát (D), khoảng cách của vân sáng liên tiế p (L) và sai số của từng phép đo (đơn vi ̣: mm) - Sai số tuyệt đối phép đo khoảng cách khe Young quan sát: D = D +  = 6, 72 + = 7, 72mm Trong đó: + Dn = D − Dn + D = D1 + D2 + + D5 + ∆ = 1mm: số xác thước mét - Sai số tuyệt đối phép đo độ rộng khoảng vân (khoảng cách của vân sáng liên tiế p): L = L +  = 0,12 + 0, 05 = 0,17mm Trong đó: + Ln = L − Ln + L = L1 + L2 + + L5 + ∆' = 0,05mm: số xác thước cặp - Xác đinh ̣ bước sóng của ánh sáng laser + Giá tri ̣trung bình của bước sóng: 26 = ( 0, 25)  ( 21)  633,064nm aL = 1658,6 5 D + Sai số tỉ đố i của bước sóng λ =   = a D L 7, 72 0,17 + + = +    8, 071(nm) a D L 1658, 21 Kết giá trị bước sóng đo gần với giá trị bước sóng ghi dụng cụ:  =    = 633, 064  8, 071(nm) • Đánh giá sai số - Sai số khách quan: + Sai số thước đo: tùy thuô ̣c vào đô ̣ chia nhỏ nhấ t (ĐCNN) của thước đo sẽ có sai số du ̣ng cu ̣ đo khác + Do thay đổ i công suấ t của nguồ n - Sai số chủ quan: + Do khoảng cách giữa các vân khá nhỏ + Không xác đinh ̣ chính xác vi tri ̣ ́ tâm của mỗi vân + Do điề u chỉnh ánh sáng laser chưa nằ m đúng vào tiêu điể m của khe Young 2.1.3 Đo bước sóng của laser He-Ne bằ ng cách tử • Mu ̣c đích thí nghiêm ̣ - Trình bày đươ ̣c cách sử du ̣ng và lắ p đă ̣t thiế t bi thi ̣ ́ nghiê ̣m - Quan sát ̣ vân giao thoa ta ̣o bởi cách tử - Đo bước sóng của laser He-Ne bằ ng cách tử - So sánh kế t quả bước sóng đo đươ ̣c với bước sóng ánh sáng ghi du ̣ng cu ̣ • Du ̣ng cu ̣ thí nghiêm ̣ Chúng sử du ̣ng máy phát laser He-Ne và màn thu ở thí nghiê ̣m đo bước sóng laser He-Ne bằ ng khe Young (mục 2.1.2) Khe Young đươ ̣c thay thế bằ ng cách tử có độ dày 50 va ̣ch 1mm, tương ứng khoảng cách giữa hai va ̣ch 27 sẽ là l = 0,02mm) Hình 2.8: Cách tử sử dụng thí nghiệm • Tiế n hành thí nghiêm ̣ - Bước 1: Lắ p đă ̣t thí nghiê ̣m hiǹ h 2.9 Hình 2.9: Thí nghiê ̣m đo bước sóng laser He-Ne bằ ng cách tử - Bước 2: Điề u chỉnh vi tri ̣ ́ của cách tử + Cách tử đươ ̣c đă ̣t sát sau nguồ n laser He-Ne, di chuyể n cách tử 28 cho hình ảnh vân nhiễu xạ rõ nét màn quan sát + Dich ̣ chuyể n màn quan sát xa so với cách tử mô ̣t khoảng D Dùng thước mét đo (5 lầ n) khoảng cách D - Bước 3: Đo khoảng vân Đánh dấ u vi ̣trí của các vân sáng màn quan sát, dùng thước că ̣p đo (5 lầ n) khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiế p (i) đã đươ ̣c đánh dấ u - Bước 4: Thực hiê ̣n tiń h bước sóng và sai số qua mỗi lầ n đo, so sánh với kế t quả thực ở du ̣ng cu ̣ • Kế t quả thí nghiêm ̣ Thí nghiê ̣m đươ ̣c thực hiê ̣n qua nhiề u lầ n đo và thu đươ ̣c kế t quả bảng 2.3: Lầ n đo (n) D ∆D i ∆i 1101 0,8 34,80 0,068 1099 1,2 34,78 0,048 1100 0,2 34,62 0,112 1104 3,8 34,90 0,168 1097 3,2 34,56 0,172 Trung bình 1100,2 1,84 34,732 0,1136 Bảng 2.3: Bảng số liê ̣u thu được về khoảng cách từ cách tử đế n màn quan sát (D), khoảng vân (i) và sai số của từng phép đo (đơn vi ̣: mm) - Sai số tuyệt đối phép đo khoảng cách cách tử quan sát: D = D +  = 1,84 + = 2,84mm Trong đó: + Dn = D − Dn + D = D1 + D2 + + D5 29 + ∆ = 1mm: số xác thước mét - Sai số tuyệt đối phép đo độ rộng khoảng vân: i = i +  = 0,1136 + 0, 05 = 0,1636mm Trong đó: + in = i − in + i = i1 + i2 + + i5 + ∆' = 0,05mm: số xác thước cặp - Xác đinh ̣ bước sóng của ánh sáng laser + Giá tri ̣trung bình của bước sóng: = il ( 34,732 )  ( 0,02 ) =  631,376nm 1100, D + Sai số tỉ đố i của bước sóng λ =   = l D i 2,84 0,1636 + + = +    4, 604(nm) l D i 1100, 34, 732 Kết giá trị bước sóng đo gần với giá trị bước sóng ghi dụng cụ:  =    = 631,376  4, 604(nm) • Đánh giá sai số - Sai số khách quan + Sai số thước đo: tùy thuô ̣c vào đô ̣ chia nhỏ nhấ t (ĐCNN) của thước đo sẽ có sai số du ̣ng cu ̣ đo khác + Do thay đổ i công suấ t của nguồ n - Sai số chủ quan + Không xác đinh ̣ vi ̣trí chính xác tâm của mỗi vân + Do điề u chỉnh ánh sáng laser chưa nằ m đúng vào tiêu điể m của cách tử 2.2 Đo công suấ t của laser He-Ne 2.2.1 Mục đích thí nghiêm ̣ - Trình bày đươ ̣c cách sử du ̣ng và lắ p đă ̣t thiế t bi thi ̣ ́ nghiê ̣m 30 - Xác đinh ̣ đươ ̣c công suấ t của laser He-Ne ở bước sóng 632,8 nm 2.2.2 Du ̣ng cu ̣ thí nghiêm ̣ - Máy phát laser He-Ne: Có công suấ t lớn nhấ t mW ở bước sóng 632,8 nm Hình 2.10: Ảnh chụp máy phát laser He-Ne - Đầ u đo công suấ t: Hình 2.11: Ảnh chụp đầ u đo công suấ t 31 - Máy đo công suấ t (Light Power Meter, Model LLM_2, hañ g Lambda): Máy hoa ̣t đô ̣ng đươ ̣c ở các thang đo 2µW, 20µW, 2mW, 20mW, 200mW Máy đo cơng suất hiệu chỉnh laser He-Ne bước sóng 632,8 nm và sử dụng để đo cơng suất laser thí nghiệm Hình 2.12: Máy đo công suấ t (Light Power Meter, Model LLM-2, hãng Lambda) Công suấ t tố i đa có thể đo đươ ̣c các bước sóng điể n hiǹ h thể bảng 2.4: Bước sóng (nm) 532 632,6 650 808 1064 Công suấ t tố i đa 1,173 1,0 0,981 0,915 7,286 (mW) Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật về bước sóng và công suấ t tố i đa của máy Light Power Meter, Model LLM-2, hãng Lambda 2.2.3 Tiế n hành thí nghiêm ̣ - Lắ p đă ̣t thí nghiê ̣m hình 2.13 32 Hình 2.13: Thí nghiê ̣m xác ̣nh công suấ t laser He-Ne - Bước 2: Bâ ̣t nguồ n máy phát laser He-Ne và máy đo công suấ t laser Để thuâ ̣n lơ ̣i cho quá trin ̀ h đo chúng đă ̣t mức đo công suấ t ở thang đo 20mW, xoay núm nế u số hiể n thi ̣không bằ ng đầ u dò đươ ̣c che - Bước 3: Đo ̣c giá tri đo ̣ đươ ̣c ở máy đo công suấ t sau lầ n đo khác 2.2.3 Kế t quả thí nghiêm ̣ Hình 2.14: Ảnh chụp kế t quả đo được công suấ t ở lầ n đo đầ u tiên 33 Kế t quả công suấ t thu đươ ̣c sau lầ n đo đươ ̣c thể hiêṇ ở bảng 2.5 Số lầ n đo Công suấ t P (mW) 0,84 0,85 0,84 0,84 0,85 Bảng 2.5: Bảng số liê ̣u thu được giá tri ̣ công suấ t sau lầ n đo - Giá tri ̣trung bin ̀ h của công suấ t: P= P1 + P2 + P3 + P4 + P5 = 0,844(mW) - Sai số tuyê ̣t đố i trung bình của công suấ t:  P − P1 + P − P2 + P − P3 + P − P4 + P − P5 P =      = 0, 0048(mW )   Kết giá trị công suất đo gần với giá trị công suất ghi dụng cụ: P = P  P = 0,844  0, 0048(mW) 2.2.4 Đánh giá sai số - Sai số khách quan: + Do tán xạ từ đầu vào đến máy đo công suấ t + Do thay đổi công suất nguồn - Sai số chủ quan: Loa ̣i sai số này chủ yế u là người thực hiêṇ chưa nắ m vững các thao tác, các bước tiế n hành từ đó dẫn đế n các sai số như: + Do quá trình đo làm cho dây cáp của đầ u đo không đươ ̣c thẳ ng và bi uố ̣ n cong + Do các du ̣ng cu ̣ đo cầ n thiế t đầ u nố i thiế t bi,̣ các dây đo và đă ̣c biêṭ là bô ̣ nố i quang chưa đươ ̣c làm sa ̣ch trước đo 34 + Do ảnh hưởng của các nguồ n sáng khác (như ánh sáng của máy tính, ánh sáng của bóng đèn, ánh sáng mă ̣t trời vào phòng thí nghiê ̣m) 2.3 Tim ̣ giao thoa kế Michelson và thí nghiêm ̣ giao thoa kế ̀ hiể u thí nghiêm Mach-Zehnder Giao thoa kế là du ̣ng cu ̣ cho phép thực hiêṇ các thực nghiê ̣m vâ ̣t lý, đó các sóng đươ ̣c chồ ng châ ̣p để ta ̣o nên hiêṇ tươ ̣ng giao thoa, từ đó thu đươ ̣c thông tin về sóng và các tin ́ h chấ t vâ ̣t lý liên quan Các giao thoa kế đươ ̣c dùng rô ̣ng raĩ khoa ho ̣c và công nghiê ̣p để đo những dich ̣ chuyể n nhỏ, đo sự thay đổ i về chiế t suấ t và xác đinh ̣ bấ t thường bề mă ̣t Trong thí nghiê ̣m giao thoa kế Michelson và thí nghiê ̣m giao thoa kế Mach-Zehnder, chúng chỉ dừng la ̣i tìm hiể u về mô hình, cách bố trí thí nghiê ̣m và sử du ̣ng nguồ n sáng laser He-Ne quá triǹ h thí nghiê ̣m để xác đinh ̣ đươ ̣c ̣ vân giao thoa màn quan sát Điể m chung của cả hai thí nghiê ̣m: ánh sáng laser He-Ne phát từ mô ̣t nguồ n qua chia để đươ ̣c tách thành hai chùm tia và theo hai quang triǹ h khác nhau, rồ i cuố i cùng đươ ̣c gă ̣p để ta ̣o nên ̣ vân giao thoa Đố i với thí nghiê ̣m giao thoa kế Michelson, chúng chiế u chùm tia laser He-Ne có bước sóng 632,8 nm vào gương bán ma ̣ và thu đươ ̣c hai chùm tia sáng có tiń h chấ t giố ng nhau, mỗi chùm tia sau đó theo hai đường khác tới hai gương rồ i phản xa ̣ la ̣i gă ̣p ta ̣i mô ̣t bề mă ̣t gương bán ma ̣ trước vào màn thu hiǹ h 2.15: 35 Hình 2.15: Thí nghiệm với giao thoa kế Michelson Đố i với thí nghiê ̣m giao thoa kế Mach-Zehnder, chúng cũng chiế u chùm tia laser He-Ne có bước sóng 632,8 nm vào gương bán ma ̣ và thu đươ ̣c hai chùm tia sáng có tính chấ t giố ng nhau, mỗi chùm tia sau đó theo hai đường khác tới hai gương phản xa ̣ Khác với thí nghiê ̣m giao thoa kế Michelson, sau hai chùm tia sáng tới hai gương phản xa ̣ nó sẽ phản xa ̣ la ̣i ta ̣i gương bán ma ̣ thứ hai để ta ̣o nên ̣ vân giao thoa ở màn quan sát hiǹ h 2.16 Sự khác biê ̣t giữa quañ g đường qua của hai chùm tia sáng ta ̣o sự khác biê ̣t về pha, và chin ́ h sự khác biêṭ về pha này ta ̣o ̣ vân giao thoa giữa hai sóng Laser He-Ne với bước sóng đơn sắc, cho hình ảnh vân giao thoa rõ nét quan sát nên sử dụng thí nghiệm với giao thoa kế Michelson Mach-Zehnder đo khoảng cách vật có kích thước bé xác định lại bước sóng nguồn laser 36 Hình 2.16: Thí nghiệm với giao thoa kế Mach-Zehnder 2.4 Kế t luâ ̣n chương II Trong chương này chúng đã tiế n hành các thí nghiê ̣m da ̣y ho ̣c vâ ̣t lý trường trung ho ̣c phổ thông đo bước sóng, đo công suấ t của laser He-Ne; tìm hiể u vai trò laser He-Ne hoạt động giao thoa kế Michelson và giao thoa kế Mach-Zehnder Với thí nghiê ̣m đo bước sóng laser He-Ne chúng đã thực hiê ̣n ba phương pháp đo khác nhau: + Thí nghiê ̣m khảo sát phụ thuộc cường độ ánh sáng laser He-Ne vào bước sóng + Thí nghiê ̣m đo bước sóng laser He-Ne bằ ng khe Young + Thí nghiê ̣m đo bước sóng laser He-Ne bằ ng cách tử nhiễu xạ So sánh kế t quả bước sóng laser He-Ne đo đươ ̣c ở ba phương pháp thí nghiê ̣m, nhâ ̣n thấ y kế t quả đo bước sóng laser He-Ne bằ ng phổ kế đa ̣t giá tri ̣gầ n đúng nhấ t so với giá tri ̣bước sóng thực ghi du ̣ng cu ̣ 37 Cũng thí nghiê ̣m đo bước sóng, kế t quả thí nghiê ̣m đo công suấ t của laser He-Ne đa ̣t đô ̣ chiń h xác cao và gầ n đúng với giá tri ̣ công suấ t thực ghi du ̣ng cu ̣ 38 KẾT LUẬN CHUNG Trong luận văn “Nghiên cứu hoa ̣t đô ̣ng của laser He-Ne và mô ̣t số ứng du ̣ng thí nghiêm ̣ da ̣y ho ̣c vật lý trường trung ho ̣c phổ thông” đã tâ ̣p trung tìm hiể u, nghiên cứu và thu đươ ̣c các kế t quả cu ̣ thể sau: Đã trình bày tổng quan laser khí laser He-Ne Tìm hiể u đươ ̣c khái niệm, cấu tạo đặc điểm, tính chất chung laser khí, cấ u ta ̣o và ngun lý hoa ̣t ̣ng của laser He-Ne, trình bày động học laser He-Ne Đã tiến hành thực nghiệm số ứng dụng laser He-Ne về da ̣y ho ̣c vâ ̣t lý phổ thông phịng thí nghiệm Quang phổ trường Đa ̣i ho ̣c Vinh như: đo bước sóng máy phát laser He-Ne (Carlsbad, California 92011 USA) qua ba phương pháp đo khác thu kết bước sóng có giá trị gần 632,8nm; đo công suất máy phát laser He-Ne 632,8nm (hình 2.10) thu kết giá trị cơng suất 0,844±0,0048mW; tìm hiể u về vai trị ánh sáng laser He-Ne giao thoa kế Michelson và giao thoa kế Mach-Zehnder Với các tính chấ t ưu việt về đô ̣ đơn sắ c và đô ̣ đinh ̣ hướng cao, laser HeNe giúp cho quá trin ̀ h đo thí nghiệm đươ ̣c thuâ ̣n lơ ̣i và kế t quả đo mang tin ́ h chin ́ h xác cao, phù hợp trình dạy học thực nghiệm vật lý trung học phổ thông Ngoài ra, laser He-Ne còn rấ t phổ biế n thi ̣trường với giá thành không quá lớn; mỗi trường phổ thông có thể sở hữu riêng mô ̣t thiế t bi ̣laser He-Ne để phu ̣c vu ̣ cho quá trình da ̣y học 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Văn Hồng, Trịnh Đình Chiến (2004), Vật lý Laser ứng dụng, NXB ĐHQG Hà Nô ̣i [2] Nguyễn Xuân Chánh, Lê Băng Sương (2003), Vật lý với khoa học và công nghê ̣ hiê ̣n đại, NXBGD [3] Nguyễn Thế Biǹ h (2004), Kỹ thuật Laser, NXB ĐHQG Hà Nô ̣i [4] Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển (2001), Cơ sở kĩ thuật Laser, NXBGD [5] Ngụy Hữu Tâm (2003), Những Ứng dụng Laser, NXB Khoa học Kỹ thuật [6] Trần Tuấn, Nguyễn Hữu Chí (2002), Vật lý Laser, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh [7] Nguyễn Đa ̣i Hưng (2002), Vật lý và kỹ thuật laser, NXB ĐHQG Hà Nô ̣i [8] L V Tarasov (1983), Laser Physics, MIRPublishers [9] O Svelto (1976), Principles of laser, Plenum Press Co USA [10] W Miloni, H Eberty (1990), Lasers, John Wiley and sons, NewYork ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN ĐÌNH NHÂN NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA LASER He- Ne VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM DẠY HỌC VẬT LÝ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: ... đích nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan laser khí laser He- Ne Tiến hành số thí nghiệm vật lý với laser He- Ne Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Laser He- Ne Phạm vi: Những kiến thức laser laser... khí, laser He- Ne Ứng dụng laser He- Ne thí nghiê ̣m da ̣y ho ̣c trung ho ̣c phổ thông Nhiêm ̣ vu ̣ nghiên cứu Nghiên cứu đặc điểm, cấu tạo, nguyên lí hoạt động ứng dụng laser khí nói chung laser