2. Описание установки и метода измерений

Источником света служит гелий-неоновый лазер. Излучение лазера обладает рядом важных свойств:

а) острой угловой направленностью светового пучка (параллельностью лучей);

б) высокой степенью монохроматичности;

в) сравнительно большой мощностью излучения.

Включение лазера производится только преподавателем или лаборантом! Запрещается уводить в сторону отраженный луч!

Схема установки приведена на рис. 7.

Рис. 7

На оптической скамье 1 в рейтерах установлены гелий-неоновый лазер 2 с блоком питания 3, рейтеры 4 с различными оптическими элементами (их перечень указан на установке), поляризатор 5 для ослабления интенсивности излучения, фотоприемник 6, связанный со сканирующим устройством для исследования распределения интенсивности в дифракционном спектре. Фотоприемник соединен с микроамперметром для регистрации фототока. Фотоприемник может перемещаться в плоскости, перпендикулярной лазерному лучу. Перемещение фотоприемника осуществляется поворотом винта, связанного с индикатором сканирующего устройства. Индикатор позволяет измерять расстояния, на которые перемещается фотоприемник.

На оптической скамье помещен двусторонний экран 7, одна из его сторон имеет шкалу с делениями.

Так как излучение лазера монохроматично, на экране можно наблюдать не перекрывающиеся дифракционные максимумы. Для упрощения оптической схемы за её элементами, на которых происходит дифракция лазерного пучка, нет линзы для фокусировки дифракционных линий. Поэтому дифракционная картина представляет собой широкие полосы, повторяющие сечения первичного светового пучка.

3. Порядок выполнения работы

Определение распределения интенсивности в дифракционном спектре от щели

1. Ознакомьтесь с приборами на установке и заполните таблицу спецификации измерительных приборов.

Название прибора	Пределы измерения	Цена деления	Инструментальная погрешность

2. Установите на оптическую скамью микрометрическую щель и экран. Вращением барабана щели можно изменять размер щели. Цена деления барабана 0,001 мм. Ширина щели изменяется от 0 до 0,4 мм.

Вначале рассмотрите дифракционную картину от прямоугольной щели, изменяя её ширину. Следует начинать с широкой щели (0,4 мм), когда видна многолинейчатая дифракционная картина и, уменьшая ширину щели, можете закончить тогда, когда виден только один дифракционный максимум нулевого порядка. Обратите при этом внимание на ширину и яркость нулевого максимума. Зарисуйте (примерно) наблюдаемую картину для двух размеров щели (например, 0,06 мм и 0,15 мм).

3. Установите размер щели 0,15 мм. На пути лазерного луча поставьте рейтер с фотоприемником и индикаторной головкой. Вращая винт индикатора, установите главный дифракционный максимум справа от входного окошка фотоприемника.

4. Включите освещение шкалы микроамперметра и убедитесь, что световой указатель стоит на нуле, если перекрыть входное окошко фотоприемника.

Проверьте, не выходит ли световой указатель микроамперметра за пределы шкалы в максимуме дифракционной картины. Для этого микроамперметр включите на предел, указанный на установке, и плавно вращайте винт индикатора по часовой стрелке. Максимальное значение отклонения светового указателя должно составлять 70-80 делений (3/4 шкалы) прибора. Если указатель выходит за пределы шкалы прибора, поставьте на пути лазерного пучка поляризатор и, вращая его за оправу, уменьшайте интенсивность луча до тех пор, пока не будет получено указанное отклонение.

5. Снимите показания для построения графика распределения интенсивности в дифракционной картине. Для этого установите большую стрелку индикатора на нуль поворотом рифленого кольца на корпусе индикатора. Заметьте положение малой стрелки, отсчитывающей полные обороты.

Плавно вращая винт индикатора, через каждые 15-20 делений снимайте показания микроамперметра, записывая результат в табл. 1.

Определение распределения интенсивности в дифракционном спектре решетки

7. Поставьте на скамью рейтер с дифракционной решеткой и рейтер с фотоприемником и индикаторной головкой. Решетка должна быть установлена перпендикулярно к оси светового пучка, выходящего из лазера. Для этого, вращая решетку, выведите световой блик, отраженный от плоскости решетки, точно на середину выходного окна лазера, то есть выходящий из лазера световой пучок должен совпадать с его отражением от плоскости решетки. Расстояние от решетки до фотоприемника нужно подобрать так, чтобы при максимальном смещении фотоприемника можно было зафиксировать положение нескольких дифракционных максимумов.

8. Снимите показания для построения графика распределения интенсивности света в дифракционной картине от решетки, повторив пункт 4. Результаты измерений запишите в таблицу 2. В процессе измерения необходимо зафиксировать положения главных максимумов.

9. Вместо фотоприемника поставьте на скамью экран со шкалой, отодвинув его как можно дальше. Измерьте несколько раз с помощью шкалы на экране расстояния x_m между дифракционными максимумами и т.д. порядков. Данные запишите в таблицу 3. Одновременно измерьте расстояниеl от плоскости дифракционной решетки до экрана.