Fysik
He-Ne laser
19. december 2004 af
Micc_86 (Slettet)
Endnu en fysik opgave, som jeg ikke lige kan løse:
En laser, der indeholder en blanding af helium og neon, udsender rødt lys med bølgelængden 633 nm. Det sker ved overgangen fra en tilstand A til tilstand B.
a) Beregn energiforskellen mellem tilstandene A og B?
- Jeg får denne til at give 1,26*10^-31 J
b)Laseren udsender lys med effekten 0,70mW. Hvor mange fotoner udsender laseren pr. sekunder?
-I dunno :/ - jeg kan ikke lige se, hvad man skal gøre!? *doh*
c)Mens laseren lyser, overgår der altså hele tiden neonatomer til tilstanden B (E3), og disse atomer henfalder derefter til grundtilstanden i neonatomet. Som følge heraf er antallet af neonatomer i B konstant, mens laseren lyser. Når laservirkningen ophører, aftager antallet af neonatomer i tilstand B eksponentielt med halveringstiden 10 ns.
Men hvor mange neonatomer befinder sig i tilstand B, mens laseren lyser?
- der står angivet, at dette er en svær opgave, og jeg ved faktisk heller ikke lige hvordan jeg skal løse den!!
En laser, der indeholder en blanding af helium og neon, udsender rødt lys med bølgelængden 633 nm. Det sker ved overgangen fra en tilstand A til tilstand B.
a) Beregn energiforskellen mellem tilstandene A og B?
- Jeg får denne til at give 1,26*10^-31 J
b)Laseren udsender lys med effekten 0,70mW. Hvor mange fotoner udsender laseren pr. sekunder?
-I dunno :/ - jeg kan ikke lige se, hvad man skal gøre!? *doh*
c)Mens laseren lyser, overgår der altså hele tiden neonatomer til tilstanden B (E3), og disse atomer henfalder derefter til grundtilstanden i neonatomet. Som følge heraf er antallet af neonatomer i B konstant, mens laseren lyser. Når laservirkningen ophører, aftager antallet af neonatomer i tilstand B eksponentielt med halveringstiden 10 ns.
Men hvor mange neonatomer befinder sig i tilstand B, mens laseren lyser?
- der står angivet, at dette er en svær opgave, og jeg ved faktisk heller ikke lige hvordan jeg skal løse den!!
Svar #3
20. december 2004 af Epsilon (Slettet)
#1: Korrekt.
#2: Ja, tallet er korrekt, men enheden er forkert. Således;
(delta N/delta t) = P/E = (0.70*10^(-3)W)/(3.14*10^(-19)J/foton) = 2.23*10^15 fotoner/s
c) Ja, den er lidt svær. Den helt afgørende oplysning i dette spørgsmål er:
"Som følge heraf er antallet af neonatomer i B konstant, mens laseren lyser."
Mens laseren er aktiveret, må der derfor overgå samme antal Ne-atomer per tid fra tilstand A til B, som der henfalder fra B til grundtilstanden. Ellers er populationen i B ikke konstant. Antallet af Ne-atomer som overgår fra A til B og fra B til grundtilstanden er proportionalt med antal udsendte fotoner (én foton udsendes for hver overgang). Når laseren er slukket, aftager neonpopulationen i B i henhold til henfaldsloven;
N = N(0)*exp(-k*t)
hvor k = ln(2)/T er henfaldskonstanten. Så hvis henfaldsraten -dN/dt og produktionsraten (2.23*10^15 atomer/s) i tilstand B skal være ens, har vi
-dN/dt = k*N = 2.23*10^15
hvoraf
N = (2.23*10^15 atomer/s)/(ln(2)/10*10^(-9)s) = 3.22*10^7 atomer
Beregningsmæssigt er den nem, men det vanskelige består i at afkode oplysningerne i opgaveteksten. Jeg er ret sikker på, at ovenstående er det korrekte svar.
//Singularity
#2: Ja, tallet er korrekt, men enheden er forkert. Således;
(delta N/delta t) = P/E = (0.70*10^(-3)W)/(3.14*10^(-19)J/foton) = 2.23*10^15 fotoner/s
c) Ja, den er lidt svær. Den helt afgørende oplysning i dette spørgsmål er:
"Som følge heraf er antallet af neonatomer i B konstant, mens laseren lyser."
Mens laseren er aktiveret, må der derfor overgå samme antal Ne-atomer per tid fra tilstand A til B, som der henfalder fra B til grundtilstanden. Ellers er populationen i B ikke konstant. Antallet af Ne-atomer som overgår fra A til B og fra B til grundtilstanden er proportionalt med antal udsendte fotoner (én foton udsendes for hver overgang). Når laseren er slukket, aftager neonpopulationen i B i henhold til henfaldsloven;
N = N(0)*exp(-k*t)
hvor k = ln(2)/T er henfaldskonstanten. Så hvis henfaldsraten -dN/dt og produktionsraten (2.23*10^15 atomer/s) i tilstand B skal være ens, har vi
-dN/dt = k*N = 2.23*10^15
hvoraf
N = (2.23*10^15 atomer/s)/(ln(2)/10*10^(-9)s) = 3.22*10^7 atomer
Beregningsmæssigt er den nem, men det vanskelige består i at afkode oplysningerne i opgaveteksten. Jeg er ret sikker på, at ovenstående er det korrekte svar.
//Singularity
Skriv et svar til: He-Ne laser
Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk?
Klik her for at oprette en bruger.