4.1.2. Порядок выполнения работы

Работу выполняют в следующей последовательности:

Собрать установку по схеме рис. 2. Рейтер со щелью на расстоянии не менее 200 мм от лазера.
Включить лазер.
Регулировкой ширины щели и расстояния i от щели до экрана получить на экране дифракционную картину. Добиться наибольшей четкости картины. Для этого попеременными перемещениями установить щель так, чтобы пучок от лазера симметрично перекрывал щель. Наклонами плоскости щели и лазера добиться перпендикулярности падения пучка. При этом отраженные лучи должны идти в обратном направлении в выходное окно лазера.
Закрыв входную щель фоторезистора, определить темновой ток .
Перемещая щель фоторезистора вдоль дифракционной картины, снять показания прибора, регистрирующего величину силы тока с шагом 0,5 мм в обе стороны от центра картины, занести данные в таблицу, составленную самостоятельно.
Учитывая темновой ток , построить график распределения интенсивности в дифракционной картине, считая интенсивности пропорциональными силе тока, для максимумов 1-го, 2-го, 3-го порядков.
Пользуясь полученным графиком и условиями максимума-минимума, (1) и (2), определить длину волны лазерного излучения, оценить погрешности.
Вычислить отношения ; ; и сравнить с аналогичными соотношениями из формулы (8).

Контрольные вопросы

Чем отличается дифракция Фраунгофера от дифракции Френеля?
Как получить графически соотношения (3) и (4), определяющие наярав- ления на максимумы и минимумы?

4.2. Лабораторная работа

Изучение дифракции от двух щелей

Цель работы: ознакомиться со схемой дифракции Фраунгофера от двух щелей в когерентном свете лазера, определить параметров схемы и длины световой волны.

Приборы и принадлежности: источник света - лазер ЛГ - 72, двойные щели, экран, оптическая скамья с рейтерами.

4.2.1. Описание экспериментальной установки и метода

Принципиальная схема наблюдения дифракции от двух щелей представлена на рис. 1,

Рис. 1

Параллельный пучок лучей от источника 1 освещает экран 2 с двумя узкими щелями 3 и 4, длина которых больше поперечника падающего пучка. Ширина щелей b одинакова/Расстояние - между серединами щелей d. Согласно принципу Гюйгенса, плоскости щелей становятся источниками вторичных волн, распространяющихся во все стороны, т.е. свет дифрагирует на щелях. Дифрагированные волны являются когерентными, а следовательно, они могут интерферировать в области их наложения. Интерференционная картина наблюдается на экране 5, находящемся на расстоянии от плоскости щелей. Распределение интенсивности при взаимной интерференции волн, идущих от щелей 3 и 4, получим рассматривая их разность хода . Очевидно, максимумы интенсивности возникают в тех случаях, когда волны от щелей 3 и 4 приходят в точку на экране синфазными, т.е. когда разность хода А равна целому числу длин волн:

(1)

Максимумы, определяемые формулой (1), называются главными. Соответственно минимумы интенсивности при взаимной интерференции возникают в тех случаях, когда волны от щелей 3 и 4 встречаются в противофазе, т.е.

(2)

Результирующее распределение интенсивности на экране 5 дано

Рис. 2.

на графике (рис. 2), Пунктирная кривая соответствует распределению интенсивности первичных максимумов и минимумов (дифракция на одной щели), сплошная соответствует результирующему распределению с учетом главных максимумов и минимумов.

График показывает, что почти весь дифрагированный световой поток ( 90%) сосредоточен в пределах 0-го первичного максимума, т.е. в пределах угла ; . Дальнейшая дифракционная картина очень слаба и практически не наблюдается. Если d больше b, то в пределах угла , уложится несколько главных максимумов. При ( - целое число) из условия минимума для одной щели получим , а из формулы (1) . Следовательно, главные максимумы - го порядка совпадают с первичными минимумами - го порядка и будут погашены. Таким образом, между первичными минимумами - го порядка уложится главных максимумов, при этом