- •Волновые свойства света
- •Изучение интерференции света от двух щелей
- •Краткая теория
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение дифракции фраунгофера от одной и от двух щелей
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Дифракция света на одномерной и двумерной дифракционных решетках
- •Краткая теория
- •Дифракция на двумерной дифракционной решетке
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Поляризация света при отражении и преломлении света на границе двух диэлектриков
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная проверка закона малюса
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Свойства лазерного излучения
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •1. Проверка выполнения закона Малюса для лазерного излучения
- •II. Определение длины волны лазерного излучения
- •Контрольные вопросы
- •Измерение температуры и интегрального коэффициента излучения тела методом спектральных отношений
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Устройство и принцип работы
- •Устройство оптического блока
- •Устройство электронного блока
Контрольные вопросы
Какое явление называется интерференцией световых волн?
Какие источники излучения можно считать когерентными?
Какое излучение называют монохроматическим?
Какова связь оптической и геометрической разностей хода волн?
Каким образом разность фаз колебаний связана с оптической разностью хода волн?
Условия максимумов и минимумов при интерференции световых волн.
Схема установки и порядок выполнения работы.
Лабораторная работа № 7 – 15
Изучение дифракции фраунгофера от одной и от двух щелей
Цель работы: изучение дифракционных картин от одной и от двух щелей в монохроматическом свете от лазерного источника; определение размеров щелей.
Приборы и принадлежности: модульный лабораторный учебный комплекс по оптике (МУК – О), миллиметровая линейка, лист белой бумаги.
Краткая теория
Дифракцией называется огибание световыми волнами препятствий и проникновение света в область геометрической тени.
Различают два случая дифракции. Если источник света и точка наблюдения расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку наблюдения, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера или о дифракции в параллельных пучках. В противном случае говорят о дифракции Френеля или о дифракции в сходящихся пучках.
Большой интерес среди наблюдаемых явлений дифракции представляет собой случай дифракции Фраунгофера от бесконечно длинной щели (для этого достаточно, чтобы длина щели была значительно больше её ширины). На щель шириной (рис. 1) по нормали падает плоская монохроматическая волна (для лазерного излучения волновой фронт можно считать практически плоским). Параллельный пучок, пройдя сквозь щель, дифрагирует под разными углами в правую и левую сторону от первоначального направления. В результате на экране, расположенном на расстоянии от щели, наблюдается дифракционная картина в виде светлой центральной полосы с максимальной освещенностью и симметрично расположенных относительно центральной полосы светлых полос меньшей интенсивности, разделённых темными полосами. Интенсивность дифрагированного света от максимального до минимального значения уменьшается постепенно, как показано на рис. 1. Её распределение по углу дифракции описывается следующей зависимостью:
, (1)
где ; – ширина щели; – длина падающей световой волны; – интенсивность падающего излучения.
И
Рис. 1
, (2)
где – целое число, определяющее порядковый номер максимума. Самый яркий (центральный) максимум наблюдается при .
Освещённость на экране равна нулю (минимум света) при значениях угла дифракции , удовлетворяющих условию
, (3)
где – целое число, определяющее порядковый номер минимума.
Направим теперь параллельный пучок монохроматического света на непрозрачную пластинку с двумя щелями шириной , отстоящими друг от друга на расстоянии , (рис. 2). На экране, расположенном на расстоянии от пластинки, появится дифракционная картина, являющаяся результатом взаимной интерференции волн, идущих от обеих щелей. Перераспределение интенсивности света, прошедшего через эту систему, можно рассматривать как интерференцию двух дифрагированных лучей. В этом случае интенсивность распределяется по углу дифракции следующим образом:
, (4)
где , .
С хематичное изображение распределения интенсивности света в дифракционной картине от двух щелей представлено на рис. 2.
В
Рис. 2
, (5)
где – целое число, определяющее порядковый номер главного минимума. Кроме того, вследствие взаимной интерференции световых лучей, посылаемых двумя щелями, в некоторых направлениях они будут гасить друг друга, т.е. возникнут дополнительные минимумы. Направления, в которых будут наблюдаться дополнительные минимумы, должны удовлетворять следующему условию:
, (6)
где – целое число, определяющее порядковый номер дополнительного минимума. Наоборот, действие одной щели будет усиливать действие другой, если
, (7)
где – целое число, определяющее порядковый номер главного максимума.
Согласно выражениям (5) и (6), между главными минимумами, например, первого порядка , содержится не один, а несколько главных максимумов. Между главными минимумами первого порядка расположено
(8)
светлых интерференционных полос. Огибающая наибольших значений интенсивности света этих нескольких главных максимумов представлена на рис. 2 пунктирной линией.