19.2. Опис установок та методики вимірювання

Для визначення світлової хвилі дифракційними методами в роботі пропонується використати дві установки.

I . Установка I (рис. 19.2) складається з оптичної лави, на якій за допомогою рейтерів встановлюються освітлювач і прозорі дифракційні грати D зі світлофільтром F. Оптична лава оснащена шкалою. Положення рейтерів відносно шкали фіксується за допомогою візирних міток. Освітлювачем є лампочка розжарення, що знаходиться в кожусі, який має дві паралельні щілини (джерела і ), котрі для зручності зсунуті одна відносно одної за висотою. Роль лінзи, яка збирає дифраговані промені, виконує кришталик ока спостерігача.

Дифракційна картина з двох джерел світла і , яку спостерігають, має вигляд двох зміщених за висотою зображень джерел світла (головні дифракційні максимуми), розділені темними проміжками. Найінтенсивнішими є максимуми нульового порядку.

Максимуми першого, другого та інших порядків розташовуються симетрично по обидва боки від максимума нульового порядка.

Згідно співвідношенню (19.2), для променів, які йдуть від першого джерела , положення головних дифракційних максимумів визначаються рівнянням

, (19.7)

а для променів, які йдуть від джерела , рівнянням

, (19.8)

де і - кути дифракції світла від джерел S₁ і S₂ відповідно, m₁ і m₂ - порядки максимумів.

Розв'язуючи сумісно рівняння (19.7) і (19.8), можна визначити довжину хвилі монохроматичного світла, що падає на прозорі дифракційні грати, період d яких відомий.

Запропонований метод визначення довжини хвилі простий у виконанні і дозволяє продемонструвати дифракційні спектри, які спостерігаються в монохроматичному світлі. Вимірювання за цим методом проводять у такий спосіб: пересуваючи дифракційні грати вздовж оптичної лави (вздовж осі ОО, рис. 19.2), можна знайти таке положення, коли дифракційний максимум порядку m₁ від джерела S₁ співпадає з дифракційним максимумом порядку m₂ від джерела S₂, яке відповідає рівним між собою кутам дифракції і .

Це дозволяє після розв'язання системи рівнянь (19.7) і (19.8) виключити кут дифракції й одержати співвідношення для довжини хвилі світла:

. (19.9)

Оскільки відстань l між щілиноподібними джерелами світла S₁ і S₂ набагато менша за відстань L від дифракційних грат до площини, де розташовані щілини, кути падіння світла на грати малі (не більше 5^о), тому .

Вимірявши відстані l і L, а також визначивши порядки співпадаючих дифракційних максимумів m₁ і m₂ від джерел S₁ і S₂, можна визначити довжину світлової хвилі:

. (19.10)

II. Основною частиною другої установки II (рис. 19.3) є гоніометр - прилад для точного вимірювання кутів.

В даній роботі використовується гоніометр Г-5, за допомогою якого можна вимірювати кути з точністю 1", і його конструкція та набір допоміжного приладдя розраховані на широке коло завдань, пов'язаних з кутовими вимірюваннями. Основні вузли гоніометра: коліматор 2, столик 3, зорова труба 5 і лімб з відліковим пристроєм (на схемі не показано).

Коліматор закріпляється нерухомо на основі приладу, столик і зорова труба можуть повертатися навколо спільної осі О, перпендикулярної до площини рисунка; кути повернення відраховуються за шкалою лімба. Вхідна щілина 1 коліматора розташована у фокальній площині об'єктива 8 і освітлюється від джерела (ртутної лампи).

Таким чином, коліматор формує паралельний світловий пучок, який спочатку потрапляє в об'єктив 7 зорової труби, а потім збирається в її фокальній площині, де розташована відлікова шкала окуляра з перехрестям. Шкалу розглядають через окулярні лінзи 6. Якщо оптичні осі коліматора й зорової труби співпадають, в полі зору окуляра видно світле зображення щілини, розташоване між вертикальними рисками перехрестя. Коли зорову трубу повертають навколо осі О, зображення щілини зсувається.

Дифракційні грати 4 ставлять на столик гоніометра. Світлові пучки, що виходять з них, збираються об'єктивом зорової труби і утворюють у фокальній площині об'єктива зображення вхідної щілини коліматора (дифракційні максимуми). Для вимірювання кута дифракції треба повернути зорову трубу так, щоб ввести в поле зору одне із зображень щілини і сумістити його з вертикальними штрихами перехрестя.