Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Лабораторна робота № 5. 1. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою біпризми Френеля






    Мета роботи – вивчити явище інтерференції світла, визначити довжину світлової хвилі за допомогою біпризми Френеля.

     

    Для виконання роботи слід вивчити такий теоретичний матеріал: сферичні та лінійні хвилі, фронт хвилі; інтерференція світла; когерентність, способи одержання когерентного світла; інтерференційна картинка, умови утворення максимумів та мінімумів, різниця ходу променів.

    [ 1 §§ 153, 171-173, 175; 2 §§ 119-121; 3 §§ 119, 121; 4 §§ 171, 173, 174]

     

    Визначення довжини світлової хвилі в даній роботі базується на явищі інтерференції світла. Інтерференція – це накладання когерентних хвиль, внаслідок чого відбувається перерозподіл інтенсивності світлового потоку в просторі.

    Для здійснення інтерференції світла необхідно отримати когерентні світлові пучки. Когерентність – це узгоджене протікання в часі декількох хвильових процесів, при якому частоти коливань однакові, а різниця початкових фаз джерел світла залишається незмінною.

    Природні джерела оптичного випромінювання складаються з великої кількості атомів, які випромінюють хвилі фактично незалежно один від одного. Крім того, атоми випромінюють достатньо короткі світлові імпульси тривалістю порядку τ ~ 10 нс з випадковими початковими фазами. Таке випромінювання атомів у вигляді окремих світлових імпульсів називають хвильовим цугом. Середня тривалість одного цуга – час когерентності τ ког , а відстань, яку проходить світло у вакуумі за час когерентності . Когерентність існує лише у межах одного цуга, а тому прилад зафіксує інтерференцію, коли оптична різниця ходу Δ між променями менша довжини когерентності.

    Існує також поняття просторової когерентності, тобто обмеження на спостереження інтерференції, яке виникає через поперечні розміри джерела.

    Внаслідок обмежень, пов`язаних із часовою і просторовою когерентностями, для спостереження інтерференції слід розбити хвильовий фронт на дві частини і звести їх потім у місці спостереження. У цьому разі в даній точці накладаються два променя від одного і того ж атома. Ці промені когерентні, тому при різниці ходу між ними

    ,

    де , виникає максимум освітленості (інтерференційний максимум), а при умові – мінімум освітленості (інтерференційний мінімум).

    Прикладом того, яким чином розбивається хвильовий фронт, а когерентні промені сходяться в даній точці, є біпризма Френеля. Вона являє собою дві з`єднані основами призми з малим заломлюючим кутом (рис. 5.1.1).

    Біпризму Френеля освітлюють за допомогою вузької щілини, краї якої паралельні ребру біпризми. З рисунку 5.1.1 випливає, що внаслідок заломлення у біпризмі за нею поширюються дві циліндричні світлові хвилі, що неначе виходять з уявних зображень щілини та .

    Оскільки ці пучки утворюються з одного фронту, вони є когерентними, а тому там, де вони перекриваються (заштрихована область), буде спостерігатись інтерференція.

    Для розрахунку параметрів інтерференційної картини (рис. 5.1.2) розглянемо промені та , що попадають у точку екрана від кожного з джерел.

    Якщо врахувати, що , то з рисунку 5.1.2 випливає, що оптична різниця ходу дорівнює:

    , (5.1.1)

    де – показник заломлення середовища.

    Введемо позначення: ; ; . Якщо різниця ходу становить ціле число довжин хвиль , тоді в точці на екрані буде спостерігатись інтерференційний максимум. Його координати для випадку спостереження в повітрі ():

    , (5.1.2)

    де – порядок інтерференційного максимуму, причому . Інтерференційному мінімуму відповідає умова

    . (5.1.3)

    Шириною інтерференційної смуги називають відстань між сусідніми інтерференційними мінімумами:

    . (5.1.4)

    Таким чином, якщо відомі порядок інтерференційної смуги , відстань від неї до центра інтерференційної картини, та відстань від щілини до екрана , то при відомій відстані між уявними джерелами відповідна довжина хвилі падаючого світла буде:

    . (5.1.5)

    Величину можна виміряти за допомогою мікрометричної шкали окуляра.

    Для визначення відстані b між уявними джерелами S 1 та S 2 пропонується використати лазер як джерело світла з відомою довжиною хвилі червоного кольору l = 630 нм. Для цього лазерний промінь необхідно пропустити крізь біпризму Френеля. В результаті на екрані буде спостерігатись не одна світла пляма, а дві (рис. 5.1.3).

     

     
     

    З рисунку 5.1.3 внаслідок подібності трикутників та випливає, що:

    . (5.1.6)

    По відомим з досліду значенням та можна визначити , по знайденому значенню – відстань між уявними джерелами:

    . (5.1.7)

    Величина b характеризує біпризму, тому вона одна й та сама і для випромінювання лазера, і для випромінювання лампи.






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.