Порядок выполнения работы

1. Установить приборы на оптической скамье согласно рис. 4.2, 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. Оптические оси всех размещенных приборов должны находиться на одной высоте. Окончательную центровку приборов осуществляют при включенном лазере.

2. Включить лазер.

3. Отъюстировать установку, добиваясь, чтобы луч лазера проходил через экран с двумя щелями 2, а затем в центр короткофокусной линзы 3. Перемещая вдоль оптической оси линзу 3, добиться, чтобы на горизон-тальной шкале экрана 4 наблюдалась отчётливая картина вертикально расположенных интерференционных полос. При юстировке следует пом-нить, что прямой лазерный луч не должен попадать в глаз.

2. Определить среднее значение ширины интерференционной поло-сы Δy. Для этого с помощью шкалы на экране 4 измерить расстояние y

между серединами крайних m = 5... 10 светлых полос. Тогда среднее зна-чение ширины темной полосы

Δy= ^y . m 1

5. Измерить расстояния b и c по шкале на оптической скамье.

11

6. Используя полученные значения Δy, b и c, по формуле (4.2) рас-считать . Фокусное расстояние линзы f = 35,83 мм.

6. Изменить положение экрана 2 и линзы 3, добиться новой четкой интерференционной картины. Повторить пп. 4 – 6 и получить .

7. Найти среднее значение длины волны лазерного излучения .

   9. Сделать выводы.

Контрольные вопросы

Вариант 1

1. Какой свет называется монохроматическим?

2. Какие существуют методы получения интерференционных картин?

3. В чем состоит причина уменьшения видимости интерференцион-ной картины при увеличении размеров источника?

4. Приведите примеры использования интерференции в измери-тельных приборах.

Вариант 2

1. Что понимают под порядком интерференции?

2. Почему максимум нулевого порядка в интерференционной картине от источника белого света белый?

3. Какая картина наблюдается на экране при прохождении света че-рез препятствие в виде двух щелей? Объясните эту картину.

4. Приведите примеры использования интерференции для получе-ния высокоотражающих покрытий.

Лабораторная работа № 3-05

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ ФРАУНГОФЕРА НА ЩЕЛИ

Цель работы: получить распределение интенсивности света в плоско-сти, перпендикулярной направлению падающего луча, и определить ширину щели.

Приборы и принадлежности: лазер ЛГ-72 с источником питания ( = 6328Å); раздвижная щель; фоторезистор; микроамперметр; экран.

Теоретическое введение

Дифракцией Фраунгофера называется дифракция плоских волн, наблюдаемая в фокальной плоскости линзы либо на бесконечности. При этом в точке наблюдения сходится параллельный пучок лучей, распро-страняющихся после прохождения щели под углом к направлению пер-воначального распространения. Этот угол называется углом дифракции.

Согласно принципу Гюйгенса – Френеля для нахождения интенсив-

12

ности света в точке наблюдения каждый элементарный участок щели следует рассматривать как вторичный источник когерентных волн. Волны от вторичных источников создают в точке наблюдения элементарные ко-лебания с определенной фазой и амплитудой.

В результате сложения колебаний от всех участков щели выражение для интенсивности света имеет вид

2

b

sin

sin

I

I

0

.

2

b

sin

При этом интенсивности главного и следующих максимумов соотно-сятся как

1: 0,045 : 0,016. (5.1)

График функции I (sin ) показан на рис. 5.1.

Рис. 5.1

Минимумы интенсивности наблюдаются при углах дифракции, удо-влетворяющих соотношению

bsin m	(m = 1, 2, 3,…).	(5.2)
Рассмотрим дифракционную картину в плоскости, отстоящей от ще-
ли на расстоянии L. При малых углах дифракции sin m tg m					xm	, где
				L

xm – расстояние от центра дифракционной картины до точки наблюдения m-го максимума. Тогда выражение для минимумов запишем в виде

b	x m	m .		(5.3)
	L

Измерив хm и L, используя известное значение , из соотношения (5.3) можно определить ширину щели b.

Схема установки изображена на рис. 5.2.

13

Рис. 5.2

Параллельный пучок света от лазера 1 нормально падает на щель 2. Дифракционная картина наблюдается на экране 3. Для измерения интенсив-ности света в дифракционной картине используется фоторезистор с узкой (шириной 1 мм) светочувствительной поверхностью, расположенной в щели экрана.

Ширина щели может изменяться микрометрическим винтом. Фоторезистор можно перемещать в горизонтальном направлении

перпендикулярно оптической оси системы. Положение его относительно оптической оси определяется по миллиметровой линейке.

В используемой установке экран и фоторезистор находятся на большом расстоянии L от щели (L>>b, где b – ширина щели).