Бипризма Френеля

П ри наблюдении интерференции света с помощью би­приз­мы Фре­не­ля, как и в опыте Юнга, ис­кус­ст­вен­но соз­да­ют­ся ко­ге­рент­ные пучки пу­тем разделения и последующего сведения световых лучей, исходящих из одного и того же источника. Би­приз­ма Фре­не­ля пред­став­ля­ет со­бой сим­мет­рич­ную стек­лян­ную приз­му с очень ма­лы­ми пре­лом­ляю­щи­ми уг­ла­ми α (рис.1.3).

Ис­то­ч­ни­ком све­та слу­жит уз­кая щель S, рас­по­ло­жен­ная па­рал­лель­но ре­б­ру ту­по­го уг­ла би­приз­мы. При этом лу­чи, про­шед­шие от ще­ли ­че­рез верх­нюю и ни­ж­нюю по­ло­ви­ны би­приз­мы, от­кло­ня­ют­ся к ли­нии АА₁. В ча­с­ти про­стран­с­т­ва (на ри­с.1.3 оно за­штри­хо­ва­но) бу­дут рас­про­стра­нять­ся све­то­вые во­л­ны, про­шед­шие че­рез верх­ню­ю и ни­ж­нюю по­ло­ви­ны би­приз­мы. Эти во­л­ны мо­ж­но счи­тать ис­хо­дя­щи­ми из двух мни­мых изо­б­ра­же­ний ще­ли S' и S", ко­то­рые мо­ж­но рас­сма­т­ри­вать как два ко­ге­рент­ных ис­то­ч­ни­ка. За­штри­хо­ван­ная об­ласть яв­ля­ет­ся об­ла­стью ин­тер­фе­рен­ции све­та. На эк­ра­не, на­хо­дя­щем­ся в э­той об­ла­с­ти, мо­ж­но ви­деть ин­тер­фе­рен­ци­он­ные свет­лые и тем­ные полосы.

Если преломляющий угол призмы  мал и углы падения лучей на грань не очень большие, то можно показать, что все лучи отклоняются на практически одинаковые углы

, (1.12)

где n – показатель преломления призмы. В результате образуются два мнимых когерентных источника S' и S", лежащие в одной плоскости с источником S. Уг­ло­вая ши­ри­на зо­ны ин­тер­фе­рен­ции (угол ) за­ви­сит толь­ко от свойств би­приз­мы:

. (1.13)

Угол  вслед­ст­вие ма­ло­сти мо­жет быть оп­ре­де­лен с по­мо­щью фор­му­лы:

, (1.14)

где d – рас­сто­я­ние ме­ж­ду мни­мы­ми ис­то­ч­ни­ка­ми, – рас­сто­я­ние ме­ж­ду ще­лью и би­приз­мой (рис.1.3).

Экспериментальная часть

Приборы и обо­ру­до­ва­ние: компактный гелий-неоновый лазер с длиной волны излучения 632.8 нм, оп­ти­че­ская ска­мья, би­приз­ма Фре­не­ля, лин­за, экран для наблюдения, линейка.

Описание установки

В ра­бо­те изучается интерференция красного лазерного света с помощью бипризмы Френеля. Наблюдается интерференционная картина на экране за бипризмой, находится размер интерференционной полосы и определяется параметр бипризмы Френеля – преломляющий угол бипризмы.

Интерференционная картина появляется при наложении двух когерентных пучков света. В работе складываются два пучка, полученные путем деления (расщепления) луча лазера на два пучка с помощью призмы.

Бипризма Френеля 3 (рис.1.4) состоит из двух стеклянных призм с малыми преломляющими углами α, сложенных своими основаниями. Источником света служит сфокусированное в точку S₀ лазерное излучение.

После преломления в бипризме падающий пучок света разделяется на два когерентных пучка с вершинами в мнимых изображениях S₁ и S₂ источника S₀. В области экрана 6 пучки перекрываются и дают систему параллельных интерференционных полос.

В работе: α – преломляющий угол бипризмы, n – показатель преломления бипризмы (для расчетов считать n равным показателю преломления стекла, n=1.5), a и b – расстояния от бипризмы до источника излучения S₀ и до экрана наблюдения соответственно. Каждая половина бипризмы отклоняет луч на угол ψ=(n–1)α. Расстояние d между мнимыми источниками S₁ и S₁ равно

d=S₁S₂=2aψ=2а(n – 1)α, (1.15)

угловое расстояние между ними

φ=d/(a+b). (1.16)

Ширина интерференционной полосы из (1.11):

, (1.17)

поскольку (сравните рис.1.2 и 1.4). Тогда

Δ x=λ/φ. (1.18)