И круглом диске

Исследуется дифракция света в ближней зоне. При дифракции на круглых отверстиях и непрозрачных экранах расходимость пучка в ближней зоне невелика. Поэтому при непосредственном проектировании дифракционной области на экран картина дифракции получается слишком мелкой. Для увеличения картины и детального ее изучения используют вспомогательную собирающую линзу. На рис.20 изображена часть схемы экспериментальной установки, поясняющая принцип увеличения изображения.

Параллельный пучок света от лазера фокусируется линзой 3 в точку S , и на круглое отверстие (в держателе 4) падает расходящаяся сферическая волна. Линза 6 установлена так, что небольшая по размеру дифракционная картина (в плоскости, проведенной на рис.20 пунктиром) увеличивается и проектируется на экран 7 . На рис.20 показаны отрезки, которые необходимо измерять по ходу выполнения упражнений.

Упражнение 1. Наблюдение дифракции света на круглом отверстии

1. Провести центрирование оптической системы с помощью специальных винтов на подвижных рейтерах линз 3 и 6 . Вращением винтов добиться того, чтобы на любом расстоянии от лазера до экрана наблюдения луч попадал в одну и ту же точку системы, т. е. совпадал с оптической осью системы.

2. Укрепить на подвижном рейтере 4 непрозрачный экран с круглым отверстием. Перемещая рейтер, добиться четкого изображения на экране 7 картины дифракции в виде чередующихся темных и светлых концентрических колец.

3. Перемещая подвижную скамью 5 вдоль оптической оси системы, наблюдать происходящее изменение дифракционной картины: попеременное затемнение и просветление центрального дифракционного пятна. Зарисовать различные картины дифракции.

Упражнение 2. Определение числа зон Френеля

1. Перемещая подвижную скамью 5 , получить на экране 7 отчетливую дифракционную картину со светлым пятном в центре.

2. Измерить расстояние d от линзы 6 до экрана 7 (рис.20). Используя формулу линзы , где f = 12 мм - фокусное расстояние линзы 6 , вычислить .

3. Измерить расстояния а (от источника сферической волны S до отверстия 4) и x (от отверстия 4 до линзы 6). Вычислить расстояние от отверстия до плоскости изображения b = x – c .

4. Используя формулу (7) для радиуса m-й зоны Френеля, рассчитать число зон, укладывающихся в отверстие:

,

где радиус отверстия r = 0,35 мм, длина волны лазера  = 6,32810^-5 см.

5. Перемещая подвижную скамью 5 , получить на экране 7 дифракционную картину с темным пятном в центре. Выполнить пп. 2 – 4.

6. Сделать вывод о влиянии числа зон Френеля, укладывающихся в отверстии, на освещенность в центре дифракционной картины.

Упражнение 3. Исследование распределения интенсивности света вдоль оси отверстия

1. Расположить подвижную скамью как можно ближе к держателю 4. Перемещая подвижную скамью, получить на экране 7 дифракционную картину со светлым пятном в центре. С помощью винтов на рейтерах с линзами переместить центр дифракционной картины на прорезь экрана, где расположен фотоэлемент. (В прорези экрана фотоэлемент виден как узкая черточка.)

2. Измерить расстояние x от экрана с отверстием до линзы и записать его. Записать показания цифрового вольтметра, соответствующие интенсивности света на оси отверстия при данном x .

3. Отодвигая подвижную скамью от держателя 4, переместить ее настолько, чтобы в центре дифракционной картины получилось темное пятно. Повторить измерения п.2.

4. Выполнить пп. 2 и 3 для нескольких положений подвижной скамьи, когда в центре дифракционной картины будут попеременно наблюдаться максимумы и минимумы интенсивности света.

5. Построить экспериментальные графики распределения интенсивности света вдоль оси системы I( x) . Результат сравнить с теоретической зависимостью, показанной на рис.17.

Упражнение 4. Исследование распределения интенсивности света по экрану наблюдения

1. При некотором (произвольном) положении подвижной скамьи получить на экране 7 отчетливую картину дифракции с максимумом света в центре. При этом центр картины должен попадать на фотоэлемент. Записать показания вольтметра.

2. Аккуратно вращая барабан фотоприемника 8 , перемещать фотоэлемент в плоскости дифракционной картины вдоль экрана. Один полный оборот барабана соответствует перемещению на 1 мм. Записывать показания цифрового вольтметра и соответствующие координаты максимумов и минимумов дифракции.

3. Построить график распределения интенсивности света по экрану наблюдения.

Упражнение 5. Наблюдение дифракции на круглом диске

1. Установить в рейтер 4 препятствие в виде непрозрачного круглого диска (темное пятнышко на стекле).

2. Перемещая рейтер 4 вдоль оптической оси, добиться четкого изображения дифракционной картины на экране наблюдения 7.

3. Зарисовать наблюдаемую картину дифракции. Объяснить появление светлого пятна (пятна Пуассона) в центре геометрической тени от диска.