МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

А.С. Мустафаев, С.В. Егоров

Общая физика волновая оптика

Лабораторный практикум

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

УДК 535.41/42 + 535.5 (075.80)

ББК 22.34

 М333

В лабораторном практикуме представлены работы по всем основным оптическим явлениям: интерференции, дифракции, дисперсии, поляризации, поглощению света, искусственной оптической анизотропии, вызываемой электромагнитными полями, и вращению плоскости поляризации.

Практикум предоставляет возможность студентам познакомиться с явлениями, лежащими в основе современных оптических технологий. Основная задача - овладеть техникой и методикой проведения экспериментальных исследований, а также приемами обработки результатов исследований и оформления заключительного отчета.

В зачетных работах практикума, выполняемых по индивидуальной программе, студент должен продемонстрировать умение в устной и письменной форме, логически верно, и аргументировано защищать результаты своих исследований.

Лабораторный практикум предназначен для студентов, бакалавров и магистров всех специальностей и форм обучения Санкт-Петербургского государственного горного университета.

В постановке работ № 9,10, 11 и оформлении учебного пособия принимали участие ассистенты профессора, студенты группы ИЗ-09-3: Аполлонов Иван, Насырова Ирина, Горюнова Лолита.

Научный редактор проф. А.С. Мустафаев

А.С. Мустафаев

М333. Общая физика. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА: Лабораторный практикум / А.С.Мустафаев, С.В. Егоров. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб, 2012. 84 с.

ISBN 5-94211-162-6

УДК 535.41/42 + 535.5 (075.80)

ББК 22.34

ISBN 5-94211-162-6

  Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,2012 г.

Работа 1. Измерение длины световой волны с помощью бипризмы френеля Теоретические сведения

Свет представляет собой электромагнитные волны. Как и всякие волны, световые волны могут интерферировать. Интерференцией света называется сложение световых пучков, ведущее к образованию светлых и темных полос, которые можно наблюдать визуально.

Если две световые волны придут в одну точку пространства в одинаковой фазе, они будут усиливать друг друга. В этой точке образуется светлый участок интерференционной картины. В тех же точках пространства, в которые волны приходят в противоположных фазах, они будут ослаблять друг друга и там будет темный участок.

Таким образом, результат интерференции зависит от разности фаз интерферирующих волн. Чтобы картина интерференции в каждой точке пространства не менялась со временем, необходимо, чтобы разность фаз оставалась постоянной. В противном случае, в каждой точке пространства волны будут то усиливать, то ослаблять друг друга, а глаз, воспринимая усредненную картину, не обнаружит интерференцию. Следовательно, наблюдать интерференционную картину можно лишь в том случае, если интерферирующие волны имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Источники света и испускаемые ими лучи, удовлетворяющие указанным требованиям, называются когерентными. Только когерентные источники света дают стабильную во времени интерференционную картину.

Рассмотрим интерференцию света от двух когерентных источников S₁ и S₂, расстояние между которыми равно d (рис.1).

Проведем перпендикулярно отрезку S₁ S₂ через его середину прямую OA. Возьмем точку P на прямой АВ и введем обозначения: а – длина отрезка OA, х – длина отрезка АР.

Тогда по теореме Пифагора

(1)

где и – пути, которые пройдут лучи света от источников и до точки , в которой наблюдается интерференция.

Из уравнений (1) следует

или ,

откуда

,

где – оптическая разность хода между интерферирующими лучами.

Если и малы по сравнению с , то приближенно

и

.

Если величина равна нечетному числу полуволн, то световые волны придут в точку в противофазе и погасят друг друга, соответственно интенсивность в этой точке будет минимальной. Если равна четному числу полуволн, то световые волны придут в точку в одинаковых фазах и усилят друг друга – интенсивность будет максимальной.

Условия минимума и максимума интенсивности имеют вид соответственно

где ; – длина волны.

В точках (k = 0; 1; 2, …) будут наблюдаться светлые участки интерференционной картины, а в точках (k = 0; 1; 2, …) – темные. В результате в плоскости АВ будут наблюдаться светлые и темные полосы.

Расстояние между центрами соседних k-й и (k + 1)-й светлых полос, т.е. ширина интерференционной полосы

. (2)

Такое же расстояние будет и между центрами темных полос.