Определение длины волны лазерного излучения методом интерференции света от двух щелей

Приборы и принадлежности: оптическая скамья, снабженная линейкой; лазер ЛГ-72; источник питания лазера ИП-10, работающий от напряжения 220 В; экран с двумя щелями; короткофокусная собирающая линза с фокусным расстоянием f = 35,83 мм; непрозрачный белый экран с горизонтальной и вертикальной шкалами и миллиметровыми делениями.

Цель работы: ознакомиться с явлением интерференции световых волн в схеме Юнга и измерить длину волны лазерного излучения интерференционным методом.

Теоретическое введение

В опыте Юнга цилиндрическая световая волна падает на две узкие близко расположенные щели S₁ и S₂ (см. рис. 1.3). Максимальная освещенность на экране наблюдается при выполнении усло­вия (1.8) в точках, которым соответствуют значения, удовлетворяющие соотношению

.

Расстояние между соседними максимумами согласно формуле (1.11)

.

Следовательно,

, (1.41)

где L - расстояние от плоскости, в которой находятся щели S₁ и S₂ , до экрана; d - расстояние между центрами щелей.

В данной работе для получения на экране увеличенного изображения интерференционных полос используется линза 3 (рис. 1.15).

Из рис. 1.15 видно, что ширина интерференционной полосы выражается через ширину полосы на экране:

Рис. 1.15

. (1.42)

Неизвестное расстояние b можно найти с помощью формулы для тонкой линзы

, (1.43)

откуда

. (1.44)

Следовательно,

. (1.45)

Из рис. 1.15 следует, что

. (1.46)

Подставляя выражения (1.45) и (1.46) в формулу (1.41), получим

. (1.47)

Описание установки и порядок выполнения работы

Схема установки изображена на рис. 1.16, где 1 - лазер; 2 – экран с двумя щелями; 3 – собирающая линза; 4 - экран с масштабной шкалой.

В качестве источника световых волн используется лазер ЛГ-72, дающий узкий пучок монохроматического излучения. Мощность лазера 0,15 мВт.

1. У становить приборы на оптической скамье согласно рис.1.16, на расстоянии 5…10 см от лазера 1 поместить экран со щелями 2, далее на расстоянии 25…30 см - линзу 3 и на расстоянии 15...20 см от линзы - экран 4. Центры всех размещенных приборов должны находиться на одной высоте. Окончательную центровку приборов осуществляют при включенном лазере.

2. Включить лазер. Для этого: 1) вставить вилку от источника питания лазера в сетевую розетку 220 В; 2) включить тумблер «Сеть» на панели источника, при этом должна загореться лампочка "Сеть". Через несколько минут лазер готов к работе.

3. Отъюстировать установку, добиваясь, чтобы луч лазера проходил через щель 2, а светящаяся полоска с интерференционными полосами попала в центр короткофокусной линзы 3. Перемещая вдоль оптической оси линзу 3, добиться, чтобы на горизонтальной шкале экрана 4 наблюдалась отчётливая картина вертикально распо­ложенных интерференционных полос. При юстировке следует помнить, что прямой лазерный луч ни в коем случае не должен попадать в глаз.

4. Измерить ширину интерференционной полосы y. Для этого с помощью шкалы на экране 4 измерить расстояние g между серединами крайних m = 5... 10 светлых полос. Тогда ширина полосы .

5. По линейке, закрепленной на оптической скамье, измерить расстояния c и b .

6. Используя полученные значения y, c и b, по формуле (1.47) найти ₀, зная, что фокусное расстояние f = 35,83 мм.

7. Изменить положение экрана со щелями и линзы, добиться новой четкой интерференционной картины. Повторить пп. 4 - 6 и получить ₀.

8. Найти среднее значение длины волны лазерного излучения ₀ по двум независимым измерениям.