Лабораторная работа №3.6 изучение явления дифракции фраунгофера от одной щели

Цель работы: изучение распределения интенсивности в картине дифракции от узкой щели в лазерном свете, экспериментальное определение длины волны гелий-неонового лазера.

1. Описание установки

Оборудование: оптическая скамья, гелий-неоновый лазер, одиночная щель с регулируемой шириной, экран с встроенным в него фотодиодом и микроамперметр.

Рис.4. Принципиальная схема наблюдения дифракции

Принципиальная схема наблюдения дифракции света от различных преград представлена на рис.4,5. Параллельный пучок лучей от He–Ne лазера 1 проходит через преграду 2 и образует на экране 3 с встроенным в него фотодиодом дифракционную картину. Фотодиод, перемещающийся по экрану (параметр х), подключается к микроамперметру. Все детали укрепляются на оптической скамье в рейтерах (стойках-держателях) согласно схеме (рис. 5). На оптической скамье имеется отсчетная линейка длиной 1 м с ценой деления 1 мм.

Рис.5. Установка для наблюдения дифракции

2. Порядок выполнения измерений

2.1. Исследование распределения интенсивности в дифракционной картине от щели.

2.1.1. Установить экран 3 на краю оптической скамьи, а рейтер со щелью 2 – на расстоянии l от рейтера с экраном, при этом расстояние между выходным отверстием лазера 1 и рейтером со щелью 2 должно быть не менее 20 см.

2.1.2. Включить микроамперметр и измерить фоновое (темновое) Ι_ф значение тока (положение множителя микроамперметра при этом должно быть – х1).

2.1.3. Включить лазер. Регулировкой установочными винтами лазера и наклоном направо или налево рейтера со щелью 2 добиться того, чтобы приемное окно фотодиода (нулевое значение) находилось на уровне центра рейтера со щелью 2 (положение множителя микроамперметра при этом должно быть – х1000).

2.1.4. Установить заданные преподавателем расстояние l от щели до экрана и ширину щели b. При установке ширины щели b вначале необходимо ручкой нониуса, находящегося на рейтере со щелью, установить нулевое значение ширины щели, при этом ширина центрального максимума будет увеличиваться, а его интенсивность уменьшаться и при нулевом значении ширины щели должна стать равной Ι_ф (положение множителя микроамперметра при этом должно быть – х1).

К полученным показаниям шкалы нониуса необходимо добавить с помощью ручки нониуса заданное значение ширины щели b (на шкале ручки нониуса 1дел. = 0,001мм.). Положение множителя микроамперметра при этом должно быть – х1000.

2.1.5. Учитывая, что ток, даваемый фотодиодом, пропорционален интенсивности падающего на фотодиод света, провести измерения распределения интенсивности в дифракционной картине, данные занести в разработанную самостоятельно таблицу. Фотодиод следует перемещать влево и вправо вдоль картины через каждые 1 мм (параметр х). Положение множителя микроамперметра при этом необходимо изменять от х1000 до х1 в зависимости от интенсивности падающего на фотодиод света.

При наблюдении дифракции от одиночной щели исследуйте влияние ширины щели на вид дифракционной картинки.

2.2. Экспериментальное определение длины волны гелий-неоно-вого лазера.

2.2.1. Повторить п.2.1.4.

2.2.2. Перемещая фотодиод вправо и влево от центрального максимума, найти положение первых минимумов х₊ и х_{- ,} при этом положение множителя микроамперметра должно быть – х1. При прохождении центрального максимума приемным окном фотодиода (нулевое значение) положение множителя микроамперметра должно быть – х1000.

2.2.3. Провести аналогичные измерения по п.п. 2.2.1и 2.2.2 для других значений b не менее 5 раз (Δ b = 3÷5 мкм.). Результаты измерений занести в разработанную самостоятельно таблицу.

2.2.4. Повторить п.2.1.4

2.2.5. Перемещая фотодиод вправо и влево от центрального максимума, найти положение первых минимумов х₊ и х_{- ,} при этом положение множителя микроамперметра должно быть – х1. При прохождении центрального максимума приемным окном фотодиода (нулевое значение) положение множителя микроамперметра должно быть – х1000.

2.2.6. Провести аналогичные измерения по п.п.2.2.4 и 2.2.5 для других значений l не менее 5 раз (Δ l = 3÷5 см.). При необходимости регулировкой установочными винтами лазера и наклоном направо или налево рейтера со щелью 2 добиваться того, чтобы приемное окно фотодиода (нулевое значение) находилось на уровне центра рейтера со щелью 2 при разных значениях l (положение множителя микроамперметра при этом должно быть – х1000). Результаты измерений занести в разработанную самостоятельно таблицу.

По указанию преподавателя выполняется либо п.п.2.2.1÷2.2.3, либо п.п.2.2.4÷2.2.6.