Д ифракція Фраунгофера на лінійних дифракційних гратах

Кожна з щілин дифракційних грат дає на екрані розподіл інтенсивності, показаний на рис. 10. Коливання від різних щілин є когерентними, оскільки грати є впорядкованою структурою, тому результуюча картина визначається взаємною інтерференцією хвиль від різних щілин. Різниця ходу хвиль від сусідніх щілин грат рівна ₁₂ = dsin, де  - кут дифракції, d - період грат (рис.10). Різниця фаз рівна Ф₁₂=2₁₂. В напрямах, для яких Ф₁₂ = m2, виникають максимуми інтенсивності, оскільки хвилі від сусідніх щілин в цьому випадку підсилюють одна одну. Отже, умовою максимуму є наступний вираз:

dsin=m (9)

де m = 0, 1, 2 . - порядок дифракції. Ці максимуми називаються головними.

Вимірювання поляризації лазерного пучка

Через специфіку процесу генерації в лазерах (заснованого на стимулюючому випромінюванні активним середовищем когерентних фотонів) одержуване таким шляхом випромінювання завжди повинне володіти 100 %-ною лементарною (лінійної або кругової) поляризацією. Вид останньої визначається особливостями активного середовища, що використовується (в лазері), — поляризацією її спонтанного випромінювання. В переважній більшості серійних лазерів генерується тільки лінійно поляризоване випромінювання, причому майже завжди площина поляризації однозначно визначається або поляризацією спонтанного випромінювання активного середовища або брюстеровскими поверхнями (наприклад, брюстеровскими вікнами в газорозрядних кюветах, брюстеровскими торцями лазерних стрижнів, встановленими під кутом Брюстера модуляторами, затворами і т.п.).

З іншого боку, різні дефекти активного середовища і особливості оптичного резонатора, що використовується, можуть змінювати стан поляризації лазерного пучка, внаслідок чого в деяких випадках необхідне його дослідження; це характерно, наприклад, при використовуванні поляризаційної (головним чином, электрооптической) модуляції і в деяких інших випадках.

III.Експериментальна частина

Завдання 1.Визначення довжини світлової хвилі

1.Встановіть в тримачі для дифракційних перешкод дифракційні грати з відомим періодом d. Відстань L від вихідного вікна лазера до грат повинна бути не менше 20 см. Користуючись юстировочними гвинтами, встановіть грати перпендикулярно світловому пучку. За допомогою вимірювальних пристроїв вимііряйте відстань L від грат до екрану.

2.Виміряти відстань х між серединами нульового і всіх подальших видимих на екрані по обидві сторони від нульового дифракційних максимумів. Для кожного виміру обчислити синус кута дифракції по формулі: .

3.По формулі 9 для всіх виміряних дифракційних максимумів розрахуйте довжину світлової хвилі  і похибку її вимірювання. При малих кутах дифракції (<60) можна вважати, tgx /L. Результати занести в таблицю. Приклад таблиці приводимо нижче.

Таблиця №1.

№,п/п	d , мм	L , м	X , мм	k	, нм	,нм
1				1
2				2
3				3

Похибку обчислити як похибку прямих вимірювань.

Завдання 2.Оцінка розбіжності лазерного випромінювання

В становивши екран поблизу вихідного вікна лазера (положення 1 на рис. 12), виміряйте діаметр лазерного пучка в горизонтальному і вертикальному напрямах (d₁ и d₁*), зробіть замітку першого положення екрану. Потім перемістите екран на відстань не менше двох метрів від лазера (можна використовувати стінку) і знову повторіть вимірювання горизонтального і вертикального діаметрів лазерного пучка (d₂ и d₂*). Виміряйте відстань між цими двома положеннями екрану М. Як видно із рис. 12, розбіжності пучка можна оцінити по формулі: (d₂ - d₁) / 2М.

Оцініть горизонтальну і вертикальну розбіжність пучка. Оцініть по формулі (5) дифракційну розбіжність. Зробіть висновок про якість юстування лазера.

Завдання 3.Аналіз характеру поляризації випромінювання

1.Введіть в лазерний пучок поляроїд і, обертаючи його навкруги осі пучка, поспостерігайте за зміною інтенсивності світла, опишіть і поясніть спостережувану картину і запишіть значення кутів, при яких поляроїд повністю гасить випромінювання. 2.Зробіть висновки про характер лазерного випромінювання. Порівняйте з властивостями природних джерел світла.

Завдання 4. Вимірювання ширини щілини по дифракційній картині

Встановіть щілину в тримачі для дифракційних перешкод. Екран встановити на відстані 1-1.5 м від щілини. Зробіть щілину максимально широкою. Поволі закриваючи щілину, поспостерігайте за зміною картини на екрані. Замалюйте картину при максимальній, проміжній і мінімально можливій ширині щілини. Поясніть характер спостережуваних змін.

Одержіть дифракційну картину: Виміряйте відстань D від щілини до екрану. Виміряйте відстані між серединами нульового і всіх подальших справа і зліва від нульового максимумів. По формулах (7) і (9) обчисліть ширину щілини. Результати усереднити. Розрахуйте похибку. Результати занести в таблицю №2.

Таблица №2.

№,п/п	,нм	L , м	X , мм	K	d , мм	<d> , мм	, 1/мм