Дифракция

ложения необходимого для данной области применения, то необходимо несколько раз повернуть кнопку (27) для того, чтобы установить в поле зрения необходимую шкалу настройки. Максимальная резкость изображения шкалы достигается поворотом винта с лицевой головкой для коррекции призм (23) и смещения щели (29) целесообразно пользоваться монетой.

3.2. Отсчет ширины полосы спектра

Получаемую при заданной ширине щели ширину полосы спектра в диапазоне измерения можно быстро определить по делениям, расположенным под проекционным окном: два смежных штриха (с цифрами) этого деления ограничивают на шкале настройки длины волн ∆λ мкм, который совпадает с шириной полосы спектра, если ширина щели равна I мм. При ширине щели b мм. ширину полосы спектра в мкм. можно получить из формулы S = b ∆λ

Пример: призма из флинтового стекла G60, заданная длина волны 0,5 мкм. Ширина щели 0,08 мм. При таких условиях ширина полосы спектра составляет для ширины щели 1 мм, ограничиваемой, например, индексами "3" и "4", S = ∆λ =

0,505 - 0,500 = 0,005 мкм = 5 нм. Для b = 0,08 мм получается S = 0,08 5 = 0,4 нм

В рамках предусмотренных интервалов делений можно также производить отсчет до десятичной степени, зависящей от реальной ширины щели, определяя диапазон волн, принадлежащий к числу делений, соответствующему определенной ширине щели.

Пример: призма из флинтового стекла G 60, заданная длина волны 0,5 мкм, ширина щели 0,04 мм. Штрихи "0" и "4" (соответственно ширине щели 4 мм) ограничивают совпадающий с шириной полосы спектра спектральный диапазон

S = ∆λ =0,505 - 0, 486 = 0,019 мкм =19 нм для ширины щели

0,04. мм получается S = 0,19 нм.

Ширина пропускания спектра при применении дифракционной решетки в широкой, степени независима от длины волны и составляет для ширины щели 0,1 мм - 0,4 нм.

Обзор о ширине пропускания спектра при намеченных дисперсионных средствах приведен на рисунках 5 и 4. Из этих характеристик видно, какую призму (или решетку) лучше всего применять в соответствующем диапазоне измерения.

101

Приложение 2.

Гониометр ГС-5

1. НАЗНАЧЕНИЕ Гониометр Г5 (рис. 1) является оптическим контрольно-измерительным прибором лабораторного типа и позволяет производить

—измерение углов между плоскими полированными гранями твердых прозрачных и непрозрачных веществ;

—измерения пирамидальности призм;

—другие исследовательские работы.

Прибор должен работать в сухом и чистом помещении при температуре 20±3,5°С. Допустимое колебание температуры при измерениях 1°С в час.

	2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
	2.1. Основные параметры и размеры
	Увеличение труб с окуляром-кубом f ′= 9,8 мм	40,9х
	Поле зрения труб, не менее	′
		0°50
	Фокусное расстояние объективов зрительной трубы
	и коллиматора	400,6 мм.
	Световой диаметр объективов труб	50 мм.
	Разрешающая сила труб (в центре поля зрения)	′′
	при установке на бесконечность
		3
	Увеличение микроскопа	55,6х
	Цена деления лимба	′
		20
	Цена деления шкалы оптического микрометра	′′
		1
	Цена деления круглого уровня	′
		7 −15
	Предел допускаемой погрешности при измерении	′′
	угла одним приемом, не более
		5

3.4. Устройство прибора

Прибор состоит из следующих основных узлов: зрительной трубы 38 (рис. 5), коллиматора 33, основания 48 с осевой системой и столиком 54 (рис. 6).

Зрительная труба и коллиматор имеют одинаковую конструкцию. Фокусировка зрительной трубы и коллиматора производится маховичками 34 (рис. 5) и 52 (рис. 6) по шкалам 55 и 37 (рис. 5), на которых имеются индексы « ∞» и деления. Цена одного деления равна 1 мм.

102

Шкала служит для определения положения фокусирующей линзы при измерении пластинок или призм, имеющих некоторую кривизну поверхности. Винты 35 и 53 (рис. 6) расположенные под объективами труб, служат для юстировки визирных осей по вертикали.

Рис. 5. Общий вид гониометра Г5 (зрительная труба справа): 30—стойка коллиматора; 31 —раздвижная щель; 32—кольцо; 33—коллиматор; 34—маховичок фокусировки коллиматора; 35—юстировочный винт; 36—винт наклона столика; 37— шкала; 38—зрительная труба; 39, 40—рычажки; 41—алидада; 42—механизм соединения лимба с алидадой; 43—маховичок; 44—общий выключатель; 45—розетка; 46—переключатель; 47—подсветка; 48—основание.

Окулярные устройства крепятся к трубам с помощью колец 32 (рис. 5) и 51 (рис. 6). Коллиматор 33 показан на рис. 5 с раздвижной щелью 31, а зрительная труба — с автоколлимационным окуляром-кубом.

Лимб гониометра и сетки окуляров освещаются лампой. Лампа помещена в подсветке 47. Прибор включается непосредственно в сеть переменного тока через розетку 45 и общий выключатель 44.

Для понижения напряжения в приборе предусмотрен трансформатор, который переключается на напряжения 127 и 220В переключателем 46. Держатель с предохранителем размещен в нижней части основания 48.

Зрительная труба 38 со стойкой, в которой смонтирован микроскоп, крепится к алидаде 41.

Коллиматор установлен на стойке 30, которая закреплена неподвижно на основании 48.

103

В средней части основания жестко закреплена цилиндрическая ось б (рис. 7), на которой установлены лимб 4 в оправе с шестернёй 5.

Установка оси в вертикальное положение производится винтами 60 (рис. 6) по уровню 57, вмонтированному в корпус алидады. Алидада вращается относительно оси прибора и установленного на ней лимба грубо от руки и точно микрометрическим винтом 61 при зажатом винте 59.

Лимб может вращаться также вместе с алидадой. Для этого в приборе предусмотрен специальный механизм 42 (рис. 5), обеспечивающий соединение лимба с алидадой.

Включение и выключение лимба для совместного или раздельного вращения с алидадой осуществляется рычажками 39 и 40.

При совместном вращении лимба и алидады производятся измерения углов методом повторений.

При неподвижной алидаде лимб имеет еще два варианта движений — относительно алидады и столика и вместе со столиком 54 (рис. 6).

Вращение лимба относительно столика и алидады осуществляется маховичком 43 (рис. 5). Это движение используется в тех случаях, когда необходимо производить измерения различными участками лимба.

Вращение лимба вместе со столиком производится грубо от руки и точно микрометрическим винтом 58 (рис. 6).

Рис. 6. Общий вид гониометра Г5 (зрительная труба слева): 49—маховичок оптического микрометра; 50—подсветка; 51— кольцо; 52—маховичок фокусировки трубы; 53—юстировочный винт; 54—столик; 55—шкала; 56—винт наклона столика; 57—уровень; 58—микрометрический винт лимба; 59—зажимной винт алидады; 60—подъемный винт; 61—микрометрический винт алидады.

104

Столик 54 представляет собой круглый диск 2, установленный на оси 3. Столик может вращаться:

—вокруг оси 3 при неподвижном лимбе и алидаде;

—вместе с лимбом относительно алидады и зрительной трубы;

—вместе с лимбом и алидадой.

Для правильной установки измеряемого предмета предусмотрен наклон столика в двух взаимно перпендикулярных направлениях, осуществляемый с помощью винтов 36 (рис. 5).

При необходимости установка столика в горизонтальное положение производится с помощью накладного уровня, имеющегося в комплекте.

5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГОНИОМЕТРА

5.1. Проверка прибора

Прежде чем приступить к работе на гониометре, необходимо произвести следующие проверки:

1.Убедиться в наличии исправного предохранителя.

2.Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.

Это условие проверяют при помощи плоскопараллельной пластинки и

накладного уровня, имеющихся в комплекте гониометра.

Пластинку установить на столике гониометра. Винтами 36 (рис. 5) добиваются, чтобы полированная грань пластинки была перпендикулярна к визирной оси зрительной трубы. При правильной установке автоколлимационное изображение, полученное от пластинки, совпадает с перекрестием сетки зрительной трубы.

Повернув алидаду (при неподвижном столике) на 180°, проверить совпадение перекрестия сетки с автоколлимационным изображением, полученным от противоположной грани пластинки по вертикали. При несовпадении произвести юстировку винтами 36 столика к винтом 53 (рис. 6) зрительной трубы, исправляя каждым, половину величины несовпадения.

Проверку производить до тех пор, пока не будет точного совмещения. Затем проверить совпадение перекрестий при повороте трубы и столика

слимбом на 90°.

3.Визирная ось коллиматора должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

Это условие обеспечивается совмещением перекрестия сетки зрительной трубы с изображением перекрестия сетки коллиматора.

Совмещение достигается вращением винта 35 (рис. 5).

105

Приложение 3

Краткое описание модульного лабораторного учебного комплекса МУК-О (по оптике)

1.Назначение

1.1.Модульный учебный комплекс МУК-О или микролаборатория (в дальнейшем по тексту «комплекс») предназначен для проведения физического практикума в высших учебных заведениях по разделу волновая и квантовая оптика курса общей физики.

Комплекс позволяет проводить лабораторные работы по темам:

–интерференция света;

–дифракция света;

–закон Малюса;

–определение угла Брюстера;

–взаимодействие поляризованного света с оптически анизотропным веществом;

–тепловое излучение.

2.Технические данные

2.1.Длина волны лазерного излучателя 0,65 мкм.

2.2.Требуемое напряжение питания белого осветителя 0÷15 В при токе

до 1А.

2.3.Комплекс снабжен механическими отсчетными устройствами углов поворота.

3.Устройство и принцип работы блоков комплекса

3.1.Принцип работы оптического блока

Оптический блок (см. рисунок) состоит из основания 10, на котором установлены и закреплены электронный блок 11 и стойка 8, служащая вертикальной оптической скамьей. На стойке смонтированы следующие оптические узлы:

Устройство 1 с полупроводниковым лазерным и белым осветителями. Белый осветитель представляет собой зеркальный отражатель, в котором смонтирована лампа накаливания, свет от которой, отразившись от плоского зеркала и, пройдя конденсорную систему, выводится вертикально вниз.

Турель 2, на которой смонтированы объекты исследования для лабораторных работ по интерференции и дифракции. Каждый из объектов закреплен на вращающейся втулке, горизонтальная ось которой совпадает с се-

106

рединой объекта. Втулка снабжена стрелкой, а основание – угломерной шкалой и пиктограммой объекта исследования.

Поляризатор 4 закреплен на турели во вращающейся обойме со стрел- кой-указателем и транспортиром. При выполнении работ, в которых не требуется поляризатор, турель поляризатора поворачивается на 90° и выводится из рабочей зоны.

Оптический блок

Турель 5 с образцом оптически анизотропного вещества, используемым в работах по поляризации света.

Устройство 6 с матовой полупрозрачной шкалой 9, содержащее поворотную стеклянную пластинку, использующуюся в опытах по изучению закона Брюстера.

Турель с анализатором 7, выполненным аналогично 4.

3.2.Электронный блок 11 содержит:

–блоки электропитания лазерного и белого источников света с цифровым индикатором регулируемого напряжения и силы тока белого источника;

107

– блок фотоприемников с цифровым индикатором относительной интенсивности принимаемого света.

4.Подготовка комплекса к работе

4.1.Установка комплекса на рабочее место: снимите защитный чехол, установите прибор так, чтобы он занял удобное положение на рабочем столе. Важно, чтобынаэтоместонепопадалслишкомсильный посторонний свет.

4.2.Описание органов управления

4.2.1. Оптический блок.

При включении электропитания комплекса кнопкой 22 включается либо лазерный, либо белый источник света. Выбор нужного источника производится кнопкой 17 и подтверждается индикаторами 14.

Для проведения работ по дифракции и интерференции поворотом турели 2, на пути лазерного луча устанавливается соответствующий объект исследования, при этом все расположенные ниже турели поворачиваются в сторону, и выводится из рабочей зоны.

При проведении работ по поляризации верхняя турель 2 устанавливается так, чтобы луч света проходил через свободное отверстие, предусмотренное в этой турели. При работе с источником белого света необходимо учитывать, что его пучок выходит правее лазерного пучка. Ниже по ходу распространения света в пучок вводятся предусмотренные заданием объекты исследования.

4.2.2. Электронный блок. Электронный блок содержит следующие органы управления, коммутации и индикации:

–кнопка включения «сеть» 22;

–кнопка переключения фотоприемников 19 с индикаторами факта подключения данного фотоприемника 21;

–два окна 23 в верхней крышке электронного блока, одно из которых предназначено для лазерного, а другое - для белого света, , под которыми расположены фотоприемники с узкой и широкой полосой принимаемого излучения;

–ручку установки «Jmax» 18;

–цифровой индикатор величины относительной интенсивности принимаемого излучения 20;

–кнопка переключения лазерного и белого источника света 17 с подтверждающими индикаторами 14;

–цифровой индикатор величины напряжения и силы тока электролампы белого источника света 12;

–кнопка 16 переключения цифрового индикатора с индикации напряжения на индикацию силы тока источника белого света с подтверждающими сигнализаторами 13;

108

– ручка управления напряжением питания электролампы белого источника 15.

Порядок выключения комплекса

Если работа с измерительным прибором закончена, нажать кнопку «Сеть» и отключить электронный блок.

Вынуть вилку электронного блока из розетки сети 220 В.

109

Приложение 4.

Автоматизированное рабочее место студента АРМС-7

Градуировка системы

Координатные измерения на изображении производятся в пикселях с помощью программы OSC WDM. Размер одного пикселя матрицы OV-

9121 камеры VAC-135 составляет 5,2 5,2 мкм. При формате видеоизображения 1280 1024 изображение воспроизводится в масштабе 1:1.

При использовании объектива следует провести подробную калибровку, разместив в поле зрения объектива объект с известными геометрическими размерами. При этом следует иметь в виду, что из-за дисторсии объектива масштабный коэффициент может меняться по полю зрения (в особенности для короткофокусных объективов). При анализе дифракционных распределений объектив не применяется!

Расстояние L от исследуемого объекта до приемной площадке камеры следует определить предварительно перед проведением исследований расчетным путем, установив ширину щели а и измерив расстояние в пикселях N11 между двумя симметричными максимумами первого порядка на изо-

бражении по формуле

где λ= 0,65 мкм - длина волны излучения лазера, 5,2 мкм - размер пикселя. Для объекта МОЛ - 1 можно определить L согласно п. 11 (см.ниже в разделе Проведение измерений).

Поправка A0 к лимбу щели переменной ширины определяется как отсчет по лимбу при полном закрытии щели. Для этого следует получить изображение, аналогичное приведенному на рис.15 (№1), и далее уменьшать ширину щели. При уменьшении уровня сигнала следует увеличить время накопления (движок Exposure, см. рис.46) или увеличить интенсивность излучения поворотом поляризатора, так, чтобы зафиксировать момент исчезновения сигнала с точностью ±1 деление по лимбу. В последующем требуемая ширина а устанавливается с учетом поправки:

а =А-А0,

где А - отсчет по лимбу, А0 - поправка.

Настройка АРМС

1.Включите питание лазерного излучателя.

2.Поверните поляризатор так, чтобы пятно лазера было хорошо заметно на объекте.

110