Лабораторная установка.

Для изучения дифракции Фраунгофера предлагается использовать лабораторную установку, схема которой приведена на рис. 7. В качестве источника света в установке используется полупроводниковый лазер 1 с длиной волны генерации  = 0,67 мкм. Высокая направленность лазерного излучения позволяет говорить о наличии плоской волны, что соответствует точечному источнику излучения, находящемуся на бесконечно большом расстоянии от препятствия (дифракция Фраунгофера). Транспарант (2) вставляется в специальный держатель и представляет собой стеклянную пластинку с набором различных препятствий. В держателе транспарант может занимать пять фиксированных положений для ввода в рабочее окно того или иного препятствия.

На рис. 8 представлены оптические транспаранты, которые предлагается использовать для изучения дифракции Фраунгофера.

Транспаранты представляют собой различные комбинации щелей и препятствий с различной шириной, а также наборы регулярно и хаотически расположенных прямоугольных препятствий. Результирующую дифракционную картину можно визуально наблюдать на экране 7.

Для количественных измерений можно использовать компьютерную систему регистрации на основе линейной видеокамеры, которая позволяет отображать на экране компьютера распределение интенсивности в плоскости дифракционной картинки.

Задания для выполнения работы

4. Дифракция Фраунгофера на щели.

• Соберите установку по схеме, изображенной на рис. 7.

• В ставьте в держатель 2 транспарант 1 с минимальной щелью шириной

100 мкм. Экран 7 отодвиньте на расстояние, при котором наблюдается четкая дифракционная картина.

• Измерьте расстояние между первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны центрального фраунгоферова максимума а и расстояние от транспаранта до экрана L. Пользуясь формулой (2) определите длину волны излучения лазера (см. рис. 9) .

5. Дифракция Фраунгофера на двух щелях.

Используя транспарант 2, сравните дифракционные картины, полученные от одной и от двух щелей. Объясните различие между дифракцией на одной и двух щелях, наличие вторичных максимумов и минимумов. Изучите влияние на характер дифракционной картины расстояния между щелями и их ширины.

6. Дифракционная решетка.

• Используя транспаранты 4 и 5 изучите дифракционные картины на одномерной (транспарант 4) и на двумерной (транспарант 5, окна с регулярным расположением прямоугольных препятствий) дифракционных решетках. По дифракционным картинам определите периоды предлагаемых решеток.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается дифракция Френеля от дифракции Фраунгофера?

2. Объясните дифракцию света от узкой щели. Запишите условия максимумов и минимумов интенсивности света.

3. Как устроена дифракционная решетка? Что такое период решетки?

4. Как зависит дифракционная картина от ширины щели?

5. Почему дифракционная решетка разлагает белый свет в спектр?

6. Что такое зоны Френеля? Как построить зоны Френеля для узкой длинной щели?

7. Обсудите сходство и различие между интерференцией и дифракцией.

8. Радиоволны и свет представляют собой электромагнитные волны. Почему можно слушать радио за возвышенностью, даже если передающая антенна находится за пределами прямой видимости?

9. Почему в спектроскопии предпочитают использовать дифракционную решетку, а не призму?

10. Атомы имеют диаметр около 10^-10 м. Можно ли, используя видимый свет, наблюдать атом? Объясните почему?