Порядок выполнения работы

На входе лазерного пучка на оптическую скамью установите модуль 8 с кассетой для экранов, на противоположном конце оптической скамьи – модуль 5 с круглым экраном и шкалой.

Объект - кусок волоса или тонкой проволоки - закрепите в свободном экране (объект 45) с помощью пластилина и введите в пучок излучения лазера. Наблюдайте дифракционную картину на круглом экране с отверстием (модуль 5, повернутый экраном в сторону падающего пучка света). Для того чтобы наблюдениям не мешал исходный пучок излучения, «загоните» его в отверстие в экране. Измерьте координаты х_m нескольких минимумов и определите характерное расстояние х. Считая длину волны известной ( = 0,651 мкм), определите с помощью (5.7) толщину волоса.

Проверьте результат с помощью микрометра.

Результаты оформить в виде:

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Координата волоса z₁ = ____ мм, координата экрана z₂ = ____ мм,

L = z₂ – z₁ = _____ мм.

m	-3	-2	-1	1	2	3
xm, мм

 x = (x_max – x_min)/(m_max – m_min) = мм.

d = L / x = мкм.

Сделать вывод по полученным результатам.

Лабораторная работа № 6 Измерение малых деформаций

Цель работы: изучить метод измерения малых деформаций при помощи интерферометра Маха-Цендера.

Приборы и принадлежности: ЛКО-4 (интерферометр, поворотный стол, рамка с полкой, набор грузов, экран-наклейка.).

Краткие теоретические сведения интерферометрия

Интерферометрия - это измерения с использованием явления интерференции. Как правило, это тонкие и точные измерения, выполняемые на специальных приборах - интерферометрах. В качестве интерферометра могут использоваться установки, собранные для наблюдения и изучения интерференции.

Условие максимума интерференции,  = m, включает длину ₀ волны излучения, показатели преломления сред, в которых распространяется излучение, и длину хода лучей, определяемую геометрическими параметрами установки. Определяя положение или смещение максимумов и минимумов интерференционной картины, можно соответственно определить:

а) длину волны излучения;

б) показатели преломления, их изменение, а также другие параметры среды, влияющие на показатель преломления, например, давление газа или состав газовой смеси;

в) малые или не малые размеры (например, можно воссоздать эталон метра), перемещения, деформации, скорости и т.д.

Наиболее распространены интерферометры Майкельсона, Линника, Маха-Цендера, Фабри-Перо, Релея, Жамена. Для нестандартных измерений разрабатывают специальные интерферометрические схемы.

Интерферометр маха-цендера

И

Рис.6.1

нтерферометр (рис.6.1) состоит из четырех зеркал: полупрозрачных В и С и глухих А иD. Входящий световой пучок расщепляется полупрозрачным зеркалом В на два пучка равной интенсивности, которые после отражения сводятся вместе вторым полупрозрачным зеркалом С. На выходе имеются две плоские световые волны, распространяющихся в близких направлениях. Если зеркала установлены так, что выходящие пучки абсолютно параллельны, то может случиться, что эти две волны находятся в противофазе. Тогда результирующая интенсивность будет равна нулю. При этом вся энергия будет уноситься идущим вверх пучком (он показан пунктиром на рис.6.1). Обычно выходящие пучки не абсолютно параллельны, и наблюдается интерференционная картина в виде системы из параллельных полос (см.рис.6.2). Диаметр пучков мал (менее 1 мм), и наблюдать картину невооруженным глазом невозможно. Для увеличения размеров интерференционной картины на пути двух пучков помещают рассеивающую или собирающую линзу с малым фокусным расстоянием. Тогда на экране получается интерференционная картина, приемлемых размеров (размер пятна на экране относится к диаметру пучка, как расстояние до экрана относится к фокусному расстоянию линзы).

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Схема интерферометра приведена на рис.6.2. Основание 1 устанавливается на оптическую скамью на опорах 2. Расстояние между опорами L=250 мм. На основании установлены кронштейны 3 для зеркал интерферометра и поворотный столик 4. Зеркала А и D - глухие, зеркала В и С - полупрозрачные. Все зеркала установлены в двухосевых держателях, обеспечивающих юстировку прибора. Расстояния между центрами зеркал: l=250 мм; h=80 мм. На выходе излучения из интерферометра установлена рассеивающая линза 5 на подвижном кронштейне, позволяющем вводить линзу в пучок излучения и подбирать ее положение.

В комплексе интерферометра имеется экран (рис.6.3), который закрепляется в кассете модулей 8 или 10 и устанавливается на оптической скамье. В пазы накладок в верхней части экрана вставляют листок бумаги для отметки и измерения положений полос.

Рамка с полкой (рис.6.4) вставляется в кронштейны поворотного столика. Размещая на полке гири, создают контролируемую нагрузку на опорную плиту интерферометра.

НАСТРОЙКА ИНТЕРФЕРОМЕТРА. Интерферометр устанавливают на оптическую скамью, включают лазер, убеждаются в том, что пучки излучения проходят через окна зеркал, не задевая их оправ. Устанавливают экран вплотную к выходному зеркалу С интерферометра и винтами зеркала А (рис.6.2) совмещают пучки на экране. Отодвигают экран от интерферометра и винтами зеркала С снова совмещают пучки. Эти операции по необходимости повторяют. Затем устанавливают линзу 5. На экране должно появиться пятно размерами несколько сантиметров, пересеченное интерференционными полосами. Регулировочными винтами зеркал уточняют настройку, добиваясь по возможности горизонтальной ориентации полос и получая удобные для измерений размеры полос.