Упражнение 2 Исследование дифракции Френеля на щели

В этом упражнении составляют оптическую схему, представленную на рис. 6.7, где Э – экран с регулируемой щелью, К – держатель с короткофокусной линзой ( ). В этой схеме при фиксиро­ванном значении , изменяя ширину щели, наблюдают чередование максимумов и минимумов в центре дифракционной картины. Процедура исследования дифракции Френеля на щели аналогична упражнению 1, с той лишь разницей, что в данном случае фиксируется, а ширина щели изменяется.

Целью этого упражнения является определение длины волны излучения квантового генератора . Для этого, измеряя ширину щели 2 , определяют ее значение для максимумов и минимумов -x порядков (начиная с =2). Построив график зависимости и аппроксимировав его прямой, тангенс угла наклона которой равен , можно величину , а величина , как и в упражнении 1 определяется из (6.29). Обратить внимание, что соответствует значению полуширины щели.

Изменяя ширину щели, следует рассмотреть переход от дифракции Френеля к дифракции Фраунгофера на щели, измерив соответствующую этому переходу ширину щели.

Упражнение 3 Изучение дифракции Фраунгофера на прямоугольном отверстии

Схема экспериментальной установки для этого упражнения упрощается. Между источником света (лазером) и экраном П' помещается экран с прямоугольным отверстием на расстоянии от П'. Точное расстояние L измеряется с помощью линейки. В плоскости экрана помещается миллиметровая бумага, на которую фиксируется изображение дифракционной картины (минимумы интенсивности вдоль и ). Используя условия минимума для дифракции Фраунгофера (6.24) определить размеры прямоугольной щели и .

Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.

2. Используя (6.10) и (6.12) при получите выражение для .

3. Выведите формулу (6.8) для радиуса зоны Френеля.

4. Сформулируйте критерий перехода от дифракции Френеля к дифракции Фраунгофера.

5. Почему на векторной диаграмме при дифракции Френеля на круглом отверстии напряженность поля в точке наблюдения представляется в виде закручивающейся спирали, мало отличающейся от окружности при малых , а при дифракции Френеля на щели – спиралью Корню.

6. Объясните почему экспериментальная прямая, построенная по точкам при наблюдении дифракции Френеля на отверстии, может не проходить через начало координат?

7. При построении зависимости в упражнении 2 предполагалось, что максимумы и минимумы интенсивности в центре дифракционной картины соответствуют границам зон Шустера, что позволило использовать формулу (6.18) для аппроксимации этой зависимости. Однако, из рис. 6.4 видно, что это не так. Пользуясь рис. 6.4 найдите соответствующее максимумам и минимумам интенсивности и постройте зависимость , тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой, в соответствии с (6.16), равен . Новое значение сравните с полученным в упражнении 2.

8. Дайте графическую интерпретацию условию минимумов (6.24) дифракции Фраунгофера на щели.