Задание 3 Оценка неоднородности стеклянной пластинки

1. Взяв пластинку обычного оконного стекла, введите ее сразу в оба пучка. Перемещая пластинку параллельно самой себе (перпендикулярно к пучку), наблюдайте за смещением полос. Оцените на глаз, на сколько сантиметров надо переместить пластинку, чтобы ее толщина изменилась примерно на одну длину волны.

2. Проделайте то же самое с пластинкой оптического стекла и убедитесь в необычайной точности, с какой выдержана ее толщина.

Контрольные вопросы

1. Объясните причину появления интерференционной картины на экране в данной установке.

2. Какой разности хода соответствует смещение интерференционной картины на одну полосу?

3. При введении толстого стекла в один из пучков интерференционная картина не пропадает. Как это характеризует лазерное излучение?

4. Что будет с интерференционной картиной, если пары зеркал начать отводить друг от друга, сохраняя параллельность?

5. Если наша пара зеркал на рисунке отъюстирована и выходящие пучки абсолютно параллельны, то может случиться, что эти две волны находятся в противофазе — тогда результирующая интенсивность будет равна нулю! Куда девается в этом случае энергия?

6. Увеличивается или уменьшается оптическая длина при повороте стеклянной пластинки?

3. Дифракция света

§ 1. Дифракция световых волн

Дифракцией света называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики.

Например, при прохождении света через непрозрачный экран Э1 с отверстием на экране Э2, согласно законам геометрической оптики, должна находиться освещенная область, резко ограниченная тенью (указана штриховкой на рис.3.1). Вследствие дифракции, на экране Э2 получается сложное распределение интенсивности I, называемое дифракционной картиной.

Рис.3.1

При этом экран Э2 оказывается освещенным в области геометрической тени. Таким образом, в результате прохождения плоской волны через диафрагму, возникает расходящийся пучок. Дифракционный угол расходимости пучка, иногда его называют углом дифракции, _Д определяется соотношением между длиной волны  и характерным размером поперечного сечения пучка d_ (в направлении, где оно минимально):

_Д   d_. (3.1)

Такое дифракционное уширение пучка обусловлено волновой природой света и принципиально не может быть устранено при заданной ширине пучка. Поэтому не существует строго параллельных пучков лучей. Это — идеализация, предполагающая, что длина волны света бесконечно мала или поперечное сечение пучка бесконечно велико. Всякое пространственное ограничение пучка вызывает его расхождение в соответствии с (3.1).

Если пучок проходит путь L, то на этом пути он претерпевает дифракционное уширение:

h_ДL_Д  Ld_. (3.2)

Уширением h_Д можно пренебречь только тогда, когда оно мало по сравнению с шириной самого пучка d_, т.е. когда Ld_ << d_ или:

Ld_²/.

Расстояние L_Д, на котором дифракционное уширение становится сравнимым с начальным размером пучка, называется длиной дифракции. Из условия L_Д  d_ найдем

L_Дd_²/. (3.3)

На расстояниях

L  L_Дd_²/

имеем общий и наиболее сложный для анализа вид дифракции, называемый дифракцией Френеля. На больших расстояниях от диафрагмы L >> L_Д размер пятна h_Дd_. В этом случае распределение интенсивности на экране Э2 и расчет дифракционной картины существенно упрощаются. Лучи, идущие от открытых участков экрана Э1 в произвольную точку P экрана Э2, можно считать параллельными, а приходящую в точку P волну — плоской. Такой вид дифракции называют дифракцией Фраунгофера или дифракцией в параллельных лучах.

Область за экраном Э1 можно разбить на три участка:

1) L << L_Д; d_²/L >> 1 — область геометрической оптики;

2) L  L_Д; d_²/L  1 — область дифракции Френеля или ближняя зона дифракции;

3) L >> L_Д; d_²/L << 1 — область дифракции Фраунгофера или дальняя зона дифракции.