Описание установки

В качестве источника света в работе используется лазер, излучение которого характеризуется рядом особенностей: высокой степенью когерентности, высокой интенсивностью и малой угловой расходимостью. Световые пучок, излучаемый лазером, состоит из практически параллельных лучей и не требуют применения оптических систем для их коллимации.

Если на пути лазерного луча поставить щель, то на экране будет наблюдаться дифракционная картина (рис. 5). Схема установки приведена на рис. 7. На оптической скамье1 установлены гелий-неоновый лазер 2, рейтеры 3 для крепления дифракционных щелей 4 (дифрешеток, рамок с нитями и др. объектов), съемный экран 5.

Рис.7. Схема установки для наблюдения дифракции от узкой щели.

Для исследования распределения интенсивности света в дифракционной картине используется фотодиод 6. Возникающая под воздействием света фотоэдс усиливается с помощью гальванометрического усилителя 7. Регистрация сигнала осуществляется автоматическим потенциометром (самописцем) 8 на диаграммной ленте. Фотодиод укреплен на каретке и с помощью электродвигателя 9 может перемещаться с небольшой скоростью по обе стороны от среднего положения. Для отсчета положения рейтеров относительно экрана оптическая скамья снабжена линейкой 10. Механизм перемещения фотодиода помещен внутри блока 11.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия гелий-неонового лазера (см. описание к работе «Определение длины волны излучения оптического квантового генератора»).

2. Установить на оптической скамье рейтер с узкой щелью. Закрепить съемный экран.

3. Включить лазер.

4. Перемещениями установить щель так, чтобы лазерный луч попадал по центру щели перпендикулярно ее плоскости. Регулировкой ширины щели получить на экране четкую дифракционную картину.

5. Измерить расстояния x_k между минимумами интенсивности на экране. Измерить расстояние l от щели до экрана. Результаты измерений занести в таблицу.

Таблица результатов эксперимента по дифракции на узкой щели.

k	xk, мм	l, см	a, мкм
1
2
…
5

6. Из условия дифракционных минимумов (3) с учетом соотношения sin  tg = , справедливого для малых углов дифракции, вычислить ширину дифракционной щели по формуле

a = ,

где k – порядок дифракционного минимума, l – расстояние от щели до экрана, x_k – расстояние между дифракционными минимумами порядка k. Результаты вычислений занести в таблицу.

7. Вычислить приближенное (среднее арифметическое) значение ширины щели a_ср, абсолютную a и относительную a/a_ср погрешности. Результат записать в виде a = (a_ср  a) мкм.

8. Снять экран. Установить фотодиод в среднее положение (включение механизма перемещения осуществляется тумблерами на передней панели блока).

9. Включить гальванометрический усилитель и автоматический потенциометр (самописец). Получить на диаграммной ленте кривые распределения интенсивности света в дифракционной картине. Полученные кривые приложить к отчету.

10. Рассчитать соотношение интенсивностей I₀ : I₁ : I₂ : I₃ и сравнить его с теоретическим.

11. Написать выводы по работе.