Лабораторная работа № 13Ф

«Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки. Определение размера эритроцита по дифракции на эритроците излучения гелий-неонового лазера»

Цель работы: Определить длину волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки. Определить размеры эритроцита по дифракции излучения гелий-неонового лазера на эритроцитах.

Вопросы:

Вынужденное излучение. Условие усиления света. Лазеры. Воздействие лазерного излучения на биологические ткани. Фотодинамическая терапия. Физические основы лазерной терапии и хирургии

Содержание занятия:

1.Выполнить работу по указаниям в руководстве к данной работе.

2.Оформить отчет.

3.Защитить работу с оценкой

4. Решить задачи.

Задачи.

1.На дифракционную решетку с периодом с = 0,004 мм падает нормально монохроматический свет. При этом главному максимуму четвертого порядка соответствует отклонение от первоначального направления на угол  = 30⁰. Определите длину волны света.

2.На дифракционную решетку падает нормально свет. При этом максимум второго порядка для линии ₁ = 0,65 мкм соответствует углу ₁ = 45⁰. Найдите угол, соответствующий максимуму третьего порядка для линии ₂ = 0,50 мкм.

3.Показать на рисунке, что точечный источник, помещенный в фокусе собирающей линзы, дает плоский волновой фронт.

4.Определите постоянную дифракционную решетки, если при освещении ее светом с  = 656 нм второй максимум виден под углом 15⁰ к нормам дифракционной решетки.

5.На щель шириной 210^-6 м падает нормально монохроматический пучок света с  = 5895 нм. Найдите углы, в направлении которых наблюдается минимум света.

Лабораторная работа №13 Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки.

Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку, на которой через равные промежутки a нанесены параллельные непрозрачные штрихи шириной b. Величина c=a+b называется периодом дифракционной решетки. При освещении решетки нормально падающим монохроматическим светом происходит дифракция. Вторичные когерентные волны, образующиеся в результате дифракции, распространяясь по всем направлениям, интерферируют, образуя дифракционную картину.

Известно, что главные дифракционные максимумы возникают при условии

(1)

где k = 0, 1, 2... - порядок главных максимумов.

Зная период решетки c и угол , под которым виден максимум k -го порядка, можно определить длину волны падающего света

. (2)

Схема установки для определения длины волны лазера (рис.9) состоит из лазера ЛГ-50 (1), дифракционной решетки (2) и экрана для наблюдения дифракционной картины (3). Для того, чтобы определить длину волны лазера по формуле (2), необходимо знать период решетки c, порядок максимума k и угол . Период дифракционной решетки обычно указывается на её оправе. Угол можно найти из формулы:

, (3)

где b - расстояние между решеткой и экраном; a - расстояние между максимумами k-ого и нулевого порядков.

Схема эксперимента:

Приборы и материалы: гелий-неоновый лазер, стандартная дифракционная решетка, экран, препарат высушенного мазка крови, измерительные линейки.

Основные формулы:

1. Длина волны лазерного излучения, определяемая по дифракционной картине с использованием максимума третьего порядка:

2. Диаметр эритроцитов, определяемый по дифракционной картине с использованием максимума второго порядка:

3. Ошибка оценки истинного значения длины волны лазерного излучения:

4. Ошибка оценки истинного значения размеров эритроцитов:

5. Исправленные среднеквадратичные отклонения среднего выборочного для величин а и б:

,

с- период стандартной дифракционной решетки,  - длина волны, а и б – расстояние между требуемыми максимумами дифракционной картины и расстояние между экраном и дифракционной решеткой соответственно, d – диаметр эритроцитов, S – исправленное среднеквадратичное отклонение,  и d – ошибки оценки.

Черта над символом означает среднее значение величины.

Ход работы:

1. Установить лазер, дифракционную решетку и экран как показано на рис. 9.

2. Включить лазер и получить на экране четкую дифракционную картину с максимумами не менее четвертого порядка.

3. Измерить расстояние b между решеткой и экраном и расстояние a между максимумами третьего и нулевого порядков пять раз. Результаты измерений занести в таблицу 1.

4. Оценить длину волны газового лазера. Рассчитать погрешность оценки и результаты вычислений занести в таблицу 1:

Таблица 1

Номер опыта	b, м	a, м	, м
1
2
3
4
5