Завдання

1. Вивчити зміст навчального матеріалу з шкільного і факультативного курсу фізики для 11-го класу.

2. Вивчити комплект навчального лазера, порядок його експлуатації і методику використання для постановки шкільних демонстрацій з хвильової оптики.

3. Виконати демонстрації з інтерференції світла з біпризмою Френеля, подвійною щілиною Юнга, дзеркалом Ллойда і з дифракції світла від круглого екрану і отвору, від вузького екрана і щілини, від клиноподібної щілини.

4. Виконати демонстрацію, яка розкриває роль дифракції при отриманні оптичного зображення від сітки. Замалювати схему демонстраційної установки, вказавши відстань між деталями.

5. Оформити і здати звіт про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Що входить в комплект навчального лазера ЛГН-109?

2. Яке обладнання шкільного кабінету фізики найбільш доцільно використовувати при здійсненні дослідів з лазером?

3. Які існують прийоми і способи підвищення ефективності демонстрацій і в чому полягає доцільність їхнього використання при здійсненні дослідів з навчальним лазером?

4. Яке призначення розсувної щілини в досліді Аббе?

5. Про що свідчить аналіз підібраних дослідів №1-4 у даній роботі?

Лабораторна робота №8. Виготовлення і вивчення голографічних дифракційних решіток

Обладнання: лазер ЛГ-52, лава, столик з оптичною системою, фото касета, фотопластинки типу ВР-Л (6х9 см), мікроскоп, фотоматеріали-кювети (3 шт.), розчин проявника і закріпника (фіксажу).

Короткі теоретичні відомості

Ухвильовій оптиці важливе місце займає дифракція світла на періодичних структурах, найпростішою з яких є плоска одномірна дифракційна гратка.

Рис. 4.9. Схема отримання (а) і відтворення (б) голограми плоскої хвилі

Дифракційна гратка може бути отримана як голограма плоскої хвилі, яка інтерферує з такою ж плоскою хвилею (рис. 4.9.)

При формуванні цієї голограми одну з хвиль, наприклад хвилю 1, можна вважати опорною, а хвилю 2 – тією хвилею, амплітуду і фазу якої записують голографічним методом.

Припустимо, що амплітуда опорної хвилі А₁ набагато більша за амплітуду хвилі А₂. Сумарна амплітуда поля в площині фотопластинки записується у вигляді:

,

де .

Розподіл інтенсивності в інтерференційній картині на фотопластинці буде мати вигляд Отже, на фотопластинці буде зареєстрована інтерференційна картина із синусоїдальним розподілом інтенсивності. Просторовий період цієї картини по вісіх буде: . Прозорість цієї голограми із рівняння голограми (рівняння Габора) також змінюється за синусоїдальним законом:або.

Під час просвічування негативу плоскою хвилею, перпендикулярною до площини негативу, за голограмою будуть поширюватися три плоскі хвилі, одна з яких буде поширюватися нормально (перпендикулярно до неї), а дві інші – симетрично, утворюючи кути з нормаллю.

Значить дифракційна гратка із синусоїдальним розподілом прозорості дає три дифракційні максимуми: нульового і -го порядків. Для визначення умов їх спостереження отримаємо:, де, звідки.

При цьому слід врахувати відмінність голографічної дифракційної гратки від плоскої релеєвської. Голографічним граткам не властиві дефекти, які спостерігаються в результаті повтору з певним періодом помилок при виготовленні граток шляхом нанесення штрихів. Голографічні дифракційні гратки не дають розсіяного світла.

Умова утворення дифракційних максимумів у випадку синусоїдальної гратки, якою є голографічна, має вигляд (на відміну від умовидля звичайної релеєвської гратки).

Інтенсивність дифракційних максимумів залежить від кута падіння пучка світла на голографічну дифракційну гратку. Дифракційні максимуми найбільш яскраві, якщо освітлювати голографічну гратку плоскою хвилею, що падає на неї під такими ж кутами, як і світлові хвилі на фотопластинку під час реєстрації голограми.