Лабораторная работа №3.7 изучение прозрачной дифракционной решетки

Цель работы: изучение явления дифракции на дифракционной решетке, определение длины световой волны, определение дисперсии дифракционной решетки и разрешающей способности.

1. Описание установки

Гониометр Г5М (прибор для точных измерений углов), прозрачная дифракционная решетка, газоразрядная ртутная лампа с источником питания.

Принципиальная схема хода лучей в гониометре соответствует рисунку 6.

Рис. 6. Оптическая схема дифракции Фраунгофера

Монохроматический свет от источника 1 освещает щель 2 находящуюся в фокальной плоскости объектива коллиматора 3. Каждая точка щели 2, являясь вторичным источником, дает после объектива 3 пучок параллельных лучей. Результирующий пучок лучей дойдет до дифракционной решетки 4 практически параллельным (плоским) пучком лучей. Эти лучи дифрагируют при прохождении через решетку, образуя (вторичные) когерентные расходящиеся пучки под углами дифракции φ₁, φ₂,…, φ_k. Пучки, прошедшие объектив 5 зрительной трубы, дают в его фокальной плоскости 6 дифракционную картину как результат интерференции дошедших до плоскости 6 когерентных колебаний, являющуюся изображением щели 2. Это изображение можно наблюдать с помощью объектива 7. При отсутствии решетки в фокальной плоскости 6 будет наблюдаться обычное изображение щели 2.

Для определения углов дифракции линий оптического спектра Hg₈₀ используется спектрометр, схема которого приведена на рисунке 7.

Рис. 7. Схема установки

В состав гониометра входят: газоразрядная ртутная лампа с источником питания 1, дифракционная решетка 2, установленная на поворотном столе 4, и гониометр 3 (оптический прибор для точного измерения углов). Поворотный стол 4 жестко соединен с кожухом газоразрядной ртутной лампы и вместе они могут вращаться. Узкий пучок света, излучаемого щелью ртутной лампы, попадает на дифракционную решетку. Вследствие дифракции линии спектра Hg₈₀ после прохождения дифракционной решетки разойдутся под разными углами, которые измеряются гониометром. Для этих измерений визир в поле зрения окуляра 5 совмещается путем поворота стола 4 с серединой дифракционной линии (как показано на рис. 8,а). Для измерения углов дифракции двух желтых спектральных линий визир нужно установить сначала на середину одной спектральной линии, а затем – на середину другой (рис. 8,б)).

а) б)

Рис. 8. Фотографии окуляра 5 с изображением визира и одной спектральной линии (а) и двух желтых спектральных линий в положении разрешения (б)

В поле зрения отсчетного микроскопа 6 считывается величина угла дифракции. Отсчет производится по визиру на верхней шкале отсчетного микроскопа гониометра. Цена минимального деления верхней шкалы 20', отсчет достаточно произвести с точностью до половины цены минимального деления. На рис. 9 показана шкала отсчетного микроскопа гониометра в двух положениях.

Рис. 9. Фотографии окуляра 6 с изображением визира и шкалы отсчетного микроскопа гониометра

Отсчет производится по верхней шкале относительно визира. Слева от визира целое число – это угол дифракции в градусах, далее определяются десятки минут, как сказано выше, с точностью до половины цены деления. Показание отсчетного микроскопа гониометра на левой фотографии рисунка 9: 297º 50'; показание отсчетного микроскопа гониометра на правой фотографии: 278º 00'.