8. Проанализируйте результаты, полученные при проведении опыта

7. Дифракция монохроматического света на одномерной решетке

Оборудование: полупроводниковый лазер, дифракционная решетка 50 штр/мм, дифракционная решетка 150 штр/мм, оптический столик для проектора, рабочее поле с креплениями, стойка штатива, зажимы, линейка, экран демонстрационный.

Рисунок 1	Рисунок 2

Этапы проведения эксперимента

1. Соберите установку согласно оптической схеме, приведенной на рисунке 1. Внешний вид установки представлен на рисунке 2.

2. Установите стойку штатива и закрепите на стойке рабочее поле, которое имеет специальные крепления. На расстоянии 2 – 3 м от собранного стенда расположите экран. С помощью угловых подставок поместите на вертикально расположенном рабочем поле полупроводниковый лазер и дифракционную решетку 50 штр/мм (период решетки 0,02 мм).

3. Включите в сеть блок питания и приступите к юстировке оптической схемы. Направьте луч лазера в центр экрана, после чего установите на пути луча дифракционную решетку. Луч должен проходить примерно через ее середину. Сразу после установки дифракционной решетки на экране появится ряд точек – дифракционные максимумы различных порядков.

4. Поворачивая решетку относительно угловой подставки, продемонстрируйте, что дифракционный спектр возникает в плоскости, перпендикулярной направлению штрихов решетки. Измерьте расстояние между дифракционными максимумами на экране и выпишите полученное значение.

5. Вместо дифракционной решетки 50 штр/мм установите на подставку решетку 150 штр/мм (период решетки 0,0067 мм) и повторите измерение расстояния между дифракционными максимумами в средней части спектра (вблизи нулевого порядка дифракции).

6. Выписав значение полученного расстояния, сопоставьте его с данными предыдущего опыта и продемонстрируйте справедливость формулы:

,

где d – период дифракционной решетки, φ – угол между нулевым и n-м порядком дифракции, λ – длина волны полупроводникового лазера, равная 670 нм.

Для подтверждения указанной формулы также измерьте расстояние между дифракционной решеткой и экраном, и определите, которое из пятен соответствует нулевому порядку дифракции, после чего рассчитайте значение sin φ для нескольких n.

7. Проанализируйте результаты, полученные при проведении опыта.

8. Дифракция монохроматического света на двумерной структуре

Оборудование: полупроводниковый лазер, подставки угловые, оправка с сеткой, рабочее поле с креплениями, дифракционная решетка 50 штр./мм, стойка штатива, дифракционная решетка 150 штр./мм, зажим, оптический столик для проектора, экран демонстрационный.

Рисунок 1	Рисунок 2	Рисунок 3

Этапы проведения эксперимента

1. Соберите установку согласно оптической схеме, приведенной на рисунке 1. Внешний вид установки представлен на рисунке 2.

2. Поставьте на демонстрационный стол оптический столик для проектора, на нем установите стойку штатива и закрепите на стойке рабочее поле, которое имеет специальные крепления. На расстоянии 2 – 3 м от собранного стенда расположите экран. С помощью угловых подставок поместите на вертикально расположенном рабочем поле полупроводниковый лазер и две дифракционные решетки.

3. Включите в сеть блок питания лазера и приступите к юстировке оптической схемы. Направьте луч лазера в центр экрана, после чего установите на пути луча две дифракционные решетки. Дифракционные решетки следует расположить достаточно близко друг к другу, а луч должен проходить примерно через середину каждой из решеток.

4. Сразу после установки дифракционных решеток на экране появятся ряды точек – дифракционные максимумы различных порядков, возникающие по двум направлениям. Поверните решетки так, чтобы штрихи одной из них находились в горизонтальной плоскости, а другой – в вертикальной. При этом на экране возникнет прямоугольная система пятен. Значение периода решеток отличается в три раза, это же соотношение наблюдается и в расположении пятен на экране. Объясните штрихи которой из дифракционных решеток расположены вертикально, а какой – горизонтально.

5. Если изменить направление штрихов одной из решеток, то система точек на экране станет косоугольной. По наблюдаемой на экране картине дифракции сделайте соответствующие выводы о внутренней структуре объекта, на котором осуществляется дифракция.

6. Вместо двух дифракционных решеток установите в луч оправку с сеткой (рисунок 3). Получите картину дифракции на двумерной структуре. Определите положение нулевого максимума и измерьте расстояния до первых максимумов по двум координатам, а также расстояние между экраном и сеткой. На основе формулы для дифракционной решетки рассчитайте периоды структуры по двум направлениям (размеры ячейки). Длина волны излучения лазера – 670 нм.