Описание экспериментальной установки

И нтерферометр Жамена (рис.2) включает газовый лазер 1, двойную газовую кювету 3, толстые плоскопараллельные пластины 2 и зрительную трубу 4 для наблюдения интерференционных полос. Одна из кювет соединена с атмосферой, другая – с системой наполнения и измерения давления (рис.3), состоящей из насоса 1, манометра 2 и клапана 3 для выпуска воздуха из кюветы.

Порядок выполнения работы

1. Включить лазер (тумблер включения расположен на блоке питания лазера). Открыть клапан, соединяющий одну из кювет с атмосферой (рис.3). Затем поставить его в положение «накачка» и закачать в кювету воздух до некоторого давления р (указанного преподавателем). Закрыть клапан.

Так как клапан не обеспечивает полной герметичности, то воздух из кюветы будет медленно выходить, и при этом интерференционная картина, наблюдаемая с помощью зрительной трубы 4, будет медленно перемещаться.

2. Определив начальное давление воздуха в кювете с помощью манометра 2, и наблюдая перемещение интерференционных полос в зрительную трубу, отсчитать число интерференционных полос, проходящих через перекрестие. Отсчитав определенное число полос (по указанию преподавателя), записать начальное (р₁) и конечное (р₂) давление и число полос k, прошедших через перекрестие визира.

3. Повторить эксперимент не менее десяти раз, для каждого измерения определяя угловой коэффициент .

4. Результаты измерений записать по форме:

Номер опыта	Р1	Р2	k
	дел.	дел.		дел.	Па	(Па)-1
1
2
…
n

5. Вычислить среднее значение и найти    /, где λ = 633 нм – длина волны, излучаемая лазером; l = 24 см – длина кюветы.

6. Измерить по манометру атмосферное давление . Вычислить показатель преломления воздуха при нормальном давлении, используя значение  и формулу (3). Оценить погрешность результатов измерений .

Работа 4. Определение длины световой волны с помощью прозрачной дифракционной решетки Теоретические сведения

Дифракционная решетка – это прозрачная пластина с нанесенными на нее непрозрачными штрихами равной ширины b (рис.1). Между непрозрачными штрихами имеются прозрачные одинаковые щели шириной a.

Сумма a + b = d называется постоянной (периодом) дифракционной решетки.

При прохождении света через любую из щелей происходит дифракция, в результате которой волны распространяются от щели по всем направлениям. Идущие от всех щелей волны собираются линзой О на экране Э и интерферируют между собой. В конкретную точку экрана попадают волны, идущие только под определенным углом  по отношению к дифракционной решетке.

Таким образом, дифракционная решетка осуществляет наложение двух процессов: дифракции на каждой отдельной щели и интерференции излучения от всех щелей.

Значительное усиление волн будет происходить только под теми углами , для которых световые волны, идущие от всех щелей, усиливают друг друга. Это взаимное усиление будет осуществляться, если оптическая разность хода лучей от соседних щелей L кратна длине световой волны. Из рис.1 видно, что

.

Таким образом, взаимное усиление волн будет происходить только под некоторыми углами , подчиняющимися условию максимумов интенсивности света, прошедшего дифракционную решетку:

,

где  – длина волны, k порядок дифракции. При k = 0(нулевой порядок дифракции) все длины волн после прохождения через дифракционную решетку распространяются под одним и тем же углом  = 0 и собираются в центре экрана. Если цвет излучения, падающего на решетку, белый, то и цвет яркой полоски в центре экрана также будет белым.

Если k = +1 (первый правый порядок дифракции), то для каждой длины волны найдется свой угол  максимального усиления, т.е. на экране будут видны отдельные цветные полоски, каждая из которых соответствует определенной длине волны.

Таким образом, дифракционная решетка осуществляет разложение световой волны по длинам волн (спектральное разложение). Аналогичная ситуация будет наблюдаться при k = 1 (первый левый порядок дифракции). Цветные полоски (спектральные линии) в этом случае лежат слева от нулевого порядка.

Спектральные линии будут наблюдаться также во втором правом и втором левом порядках (k = +2 и k = 2) и т.д.

Свойство дифракционной решетки – давать максимумы для разных длин волн под разными углами  – используется для измерения длины волны оптического излучения.

Спектр излучения, используемой в лабораторной работе ртутной лампы содержит четыре достаточно интенсивных спектральных линии, различающихся цветом.

Нулевой порядок дифракции (k = 0) легко распознается, так как соответствующая линия имеет такой же цвет, как цвет излучения ртутной лампы и яркость ее значительно больше остальных линий. Справа и слева симметрично от нулевого порядка можно наблюдать цветные линии. Наиболее близко к линии нулевого порядка (справа и слева) располагаются фиолетовые линии, на большем расстоянии зеленые, желтые и красные. Все эти линии, расположенные наиболее близко к линии нулевого порядка, образуют дифракционный спектр первого порядка (для линий справа k = +1; слева k = –1). Далее следуют спектры второго (k = +2 и k = –2) и третьего порядков. Интенсивность наблюдаемых спектральных линий уменьшается с ростом порядка дифракции.