Самарченко Лабораторный практикум Оптика 1ч

изменения интенсивности излучения источника света. К установке прилагаются два источника света 7: белый фонарь (БФ) — лампа накаливания СМН-8 и красный фонарь (КФ) — светодиод, излучающий на длине волны λ = 624 нм. Источники света устанавливаются в кассете свободного модуля 8 (например, в модуле М8, как показано на рис. В.5), риска которого соответствует положению плоскости кассеты. Для определения положения источника нужно учесть его смещение от риски модуля М8 на расстояние с0 = 4 мм для красного фонаря влево, а для белого фонаря вправо.

В комплект установки входят функциональные модули, которые обеспечивают необходимые преобразования пучка света и размещение исследуемых объектов в пучке излучения.

Описание функциональных модулей

Функциональные модули представляют собой различные по конструкции и назначению устройства, снабженные рейтерами (подставками) для размещения и фиксации модулей на оптической скамье. Перечень функциональных модулей приведен в табл. В.2. Конструкция некоторых модулей допускает также юстировочные перемещения оправ линз или держателей. На рейтерах нанесены риски, определяющие положение характерных точек модулей по шкале оптической скамьи (см. табл. В.2). При необходимости рейтер может быть закреплен на оптической скамье стопорным винтом.

Модуль М3 – микропроектор (рис. В.6). Предназначен для проецирования с увеличением изучаемых объектов и изображений на экран Э2 (см. рис. В.2) или на экран фотоприемника Э3. На рис. В.7 приведена схема микропроектора. Объекты или изображения располагаются в объектной плоскости Э1 кассеты 1, положение которой на оптической оси указывает риска 2. Объектная плоскость Э1 практически совпадает с фокальной плоскостью F проекционной линзы 3. Оправа линзы может перемещаться винтом 4 вдоль оси Х (т.е. в плоскости, перпендикулярной оптической оси установки), при этом также перемещается изображение на экране 5. Необходимый для этого поворот пучка осуществляется отражением от зеркала 7, закрепленного в кронштейне 8. Перемещение (сканирование) изображения вдоль окна фотодатчика позволяет измерять распределение интенсивности в плоскости экрана Э3.

21

22

Отсчет координаты точки изображения производится по шкале (см. рис. В.4) на корпусе модуля (целые деления) и по шкале отсчетного барабана винта 4 (десятые и сотые доли деления). Цена деления определяется с помощью калибровочной сетки (объект 1). При необходимости наблюдать изображения в прямом пучке (без поворота на 90о), кронштейн с зеркалом можно снять, отвернув винты 6.

Модуль М5 – короткофокусная линза (конденсор) (рис. В.8).

Обойма с линзой установлена в двухкоординатном держателе. Обойма может перемещаться при помощи винтов 1 и 2 в плоскости, перпендикулярной к оптической оси установки (вдоль осей Х и Y), а также может поворачиваться на произвольный угол вокруг оси Z. На экране Э, совпадающем с фокальной плоскостью линзы, нанесена двухкоординатная шкала.

Модуль М6 – объектив (рис. В.9). Модуль содержит обойму с тонкой линзой в двухкоординатном держателе. Фокусное расстояние линзы определяется в соответствующем задании лабораторного практикума. Модуль предназначен для формирования пучков излучения, как правило, совместно с модулем М5.

Модуль М7 – отражатель с полупрозрачным зеркалом

(рис. В.10). Модуль М7 состоит из рейтера 1, на котором смонтированы поворотный держатель 2, содержащий полупрозрачное зеркало 3, и спаренный держатель объектов 4. Держатель 2 может по-

23

ворачиваться вокруг вертикальной оси Y. Стопорный винт 5 фиксирует положение модуля на оптической скамье. Модуль обеспечивает вывод излучения перпендикулярно к оптической скамье для удобства наблюдения. Использование полупрозрачного зеркала позволяет также совмещать два изображения. Модуль М7 может использоваться совместно с окуляр-микрометром (модуль М29), который вставляется в пазы держателя объектов 4.

ВНИМАНИЕ! Следует быть особенно внимательным и осторожным, используя модуль при работе с лазером! Положение зер-

кала должно исключать попадание прямого (не рассеянного) пучка лазерного излучения в глаза! Помните, что лазерное излу-

чение опасно для глаз!

5

Модуль М8 – кассета в двухкоординатном держателе

(рис. В.11). Модуль предназначен для размещения изучаемых объектов в пучке излучения с возможностью их перемещения в плоскости, перпендикулярной к оптической оси установки вдоль осей X и Y. Объекты размещаются в кассете, которая может поворачиваться на произвольный угол вокруг оси Z.

Модуль М10 – кассета в поворотном держателе (рис. В.12).

Модуль служит для поворота изучаемого объекта вокруг оси, совпадающей с оптической осью установки, на определенный угол и измерения угловых координат (общий вид модуля М10 приведен на

24

рис. В.12, а). Отсчет угловых координат производится следующим образом (см. рис. В.12, б). Вначале снимается отсчет по основной шкале 1 (цена деления шкалы 2о). Для этого необходимо повернуть рычажок отсчетного устройства 2 до совпадения риски 3 на основании рычажка с одним из делений основной шкалы. Это деление (88º на рис. В.12, б) записывается как отсчет по основной шкале. Затем снимается отсчет по шкале нониуса 4 (цена деления 0,5о). Этот отсчет делается напротив риски на конце рычажка (1,5º). Сумма отсчетов по основной шкале и по нониусу дает значение угловой координаты. Положение, показанное на рис. В.12, б, соответствует 89,5º.

Рис. В.12

Следует отметить, что описанная методика измерения углов одинакова для всех модулей, имеющих угломерные отсчетные устройства (см. модули М12 и М13).

Модуль М11 – держатель четырех объектов (рис. В.13). На рейтере смонтированы четыре пары кронштейнов для одновременного размещения одного или нескольких объектов. Плоскости расположения объектов смещены от риски. Координаты плоскостей по отношению к риске приведены в табл. В.3.

25

Рис. В.13

Используя различные сочетания держателей, можно, например, располагать два объекта на нескольких фиксированных расстояниях друг от друга (в диапазоне от 10 до 60 мм) с шагом 10 мм.

Модуль М12 – поляризатор в поворотном держателе (рис. В.14).

Поляризатор 1 закреплен в обойме 2, помещенной в поворотном держателе. Поворотный держатель позволяет вращать поляризатор вокруг оси, совпадающей с оптической осью установки, и производить отсчет угловых координат с точностью 0,5о (описание методики измерения угловых координат см. в описании модуля М10). Плоскость поляризатора (направление колеба-

ния напряженности E световой волны, прошедшего через поляризатор) определяется направлением рукоятки барабана поворотного держателя.

Модуль М13 – стол поворотный (рис. В.15). Кассета 1 для ус-

тановки объектов смонтирована на поворотной платформе 2, обеспечивающей вращение объекта вокруг вертикальной оси Y с возможностью отсчета угловых координат и углов поворота. Поворот стола вокруг оси Y осуществляется ручкой 3. Отсчет угловых коор-

26

динат (методику см. в описании модуля М10) производится с точностью 0,5о. С помощью винта 4 можно также регулировать наклон платформы стола относительно горизонтальной плоскости.

Модуль М29 – окуляр-микрометр (рис. В.16). Окуляр-

микрометр представляет собой лупу Л, с помощью которой глаз рассматривает изображение, спроецированное на предметную (объектную) плоскость ПП — прозрачную пластину с нанесенным на нее визирным крестом (или штрихом), приводимую в движение микрометрическим винтом МВ. При настройке окуляра-микро- метра прежде всего необходимо устранить параллакс, который проявляется в смещении рассматриваемого изображения относительно визирного креста при покачивании головы в процессе наблюдения в окуляр. Для этого сначала, вращая оправу окуляра О, получите отчетливое резкое изображение визирного креста. Затем, перемещая окуляр-микрометр как целое вдоль оптической оси, добейтесь совмещения плоскости, в которой находится изображение изучаемого объекта, с предметной (объектной) плоскостью окуляра. При этом будут одновременно хорошо видны четкие изображения объекта и визирного креста без какого-либо смещения друг относительно друга при покачивании головы.

При снятии отсчета с помощью окуляра-микрометра следует использовать основную шкалу — ряд оцифрованных делений, находящихся в предметной плоскости ПП (рис. В.17).

27

При этом число делений основной шкалы ОШ, определяемое положением двойного штриха, отмечает целую часть отсчета (на рис. В.17 это число равно 4), число делений по шкале барабана Б образует дробную часть отсчета (на рис. В.18 это число равно 26).

Витоге численное значение отсчета оказывается равным 4,26 мм. Следует также иметь в виду, что все микровинты имеют некото-

рый люфт. Поэтому для уменьшения систематической погрешности при проведении серии измерений необходимо придерживаться правила: при установке нужного значения на шкале барабана микровинта приближение к этому значению производится в данной серии измерений всегда с одной и той же стороны: либо со стороны меньших, либо со стороны больших значений.

Окуляр-микрометр может использоваться совместно с модулем М7 (см. рис. В.10). При этом для определения координаты объектной плоскости П-П в общей оптической схеме необходимо учитывать расстояние от плоскости до зеркала равное С5 = 68 мм.

Окуляр-микрометр может быть установлен в кассете модуля М7 в вертикальном или горизонтальном положении. Таким образом, можно измерять как горизонтальные (ось Х), так и вертикальные (ось Y) координаты элементов изображения.

Фотоприемник с цифровым вольтметром (рис. В.19). Фото-

приемник предназначен для измерения распределений интенсивности в изображениях, получаемых с помощью микропроектора. В корпусе 1 смонтированы фотодатчик с усилителем и цифровой вольтметр с четырехразрядным индикатором. На передней панели имеется экран 4 (экран Э3) с визирным крестом и двухкоординатной шкалой. В центре экрана находится окно датчика 5 (щель с размерами 4 х 0.37 мм). На боковой стенке установлен разъем питания 2 и тумблер переключения режимов работы 3. Прибор под-

28

вешивается к задней стенке каркаса с помощью штырей и подключается через кабель к одному из разъемов питания в полости каркаса установки.

Рис. В.19

Тумблер переключения режимов имеет два положения. В верхнем положении переключателя (режим фотоприемника) цифровой дисплей фотоприемника показывает ток фотодатчика. Этот ток пропорционален световому потоку, падающему на окно датчика.

При нижнем положении переключателя вольтметр измеряет напряжение на контакте 1 разъема питания. На этот контакт можно подать напряжение от дополнительного фотодатчика или иного источника сигнала.

Набор оптических объектов

Набор объектов включает оптические элементы, установленные в прямоугольных экранах, на которых нанесен номер объекта. Некоторые объекты (кюветы) используются без экранов. Ниже в табл. В.4 приведен перечень оптических объектов, используемых при работе с лабораторными комплексами ЛКО-1, ЛКО-1М, ЛКО-2.

29

Таблица В.4

4Пластина стеклянная плоскопараллельная, толщина указана на экране

5Пластина стеклянная плоскопараллельная, толщина указана на экране

6Пластина пластмассовая, толщина указана на экране

7Клин стеклянный, угол α определяется в работе

8Призма крон 60°

9Призма флинт 60°

11Бипризма

12Линза длиннофокусная f = +(200 – 500) мм

13Линза короткофокусная f = +(25 – 30) мм

14Линза f = –(150 – 300) мм

15Диск 2,0 мм

16Зонная пластинка

17Сложная фигура

18Круглое отверстие 1,0 мм

19Круглое отверстие 2,0 мм

20Квадратное отверстие 2х2 мм

21Прямоугольное отверстие 1х2 мм

22Треугольное отверстие

23Щель 0,5 мм

24Щель 1,0 мм

25Щель раздвижная

27Две щели, шаг d = 1,0 мм

28Две щели, шаг d = 2,0 мм

29Три щели, шаг d = 1,0 мм

30Четыре щели, шаг d = 1,0 мм

31Решетка линейная, шаг d = 0,3 мм

32Решетка линейная, шаг d = 0,6 мм

33Решетка квадратная

34Решетка прямоугольная

35Решетка косоугольная

36Решетка хаотическая

30