Херсонський державний технічний університет Кафедра загальної та прикладної фзики Дисципліна: фізика. Розділ ”Оптика” Степанчиков Д.М. 17.03.2004.

Лабораторна робота № 4–7

Вивчення дифракції на одно– і двовимірній дифракційних гратках у лазерному промені

Мета роботи: спостерігати дифракцію лазерного променя на дифракційних гратках; визначити основні характеристики одно- і двовимірної гратки.

Обладнання: блок лазерного випромінювання, дифракційні гратки, оптична лава, екран, лінійка.

Теоретичні відомості

Одновимірна дифракційна гратка являє собою систему плоских щілин шириною b з однаковою відстанню поміж щілинами d (період гратки), причому довжина кожної щілини значно більша за її ширину.

Крім періода гратки d, основними характеристиками дифракційної гратки є кількість щілин на одному міліметрі

(1)

та загальна кількість щілин

(2)

де – робоча ширина гратки.

При проходженні лазерного променя через одновимірну гратку на екрані спостерігається система світлових точок (максимумів), які розташовані на одній лінії. Ці максимуми спостерігаються під кутами _к, які задовольняють умові

(3)

де к = 0, 1, 2, …– порядок максимуму; к = 0 відповідає центральному максимуму.

(4)

З рис.1. легко бачити, що

де L – відстань між граткою і екраном.

(5)

Таким чином, для періоду дифракційної гратки отримаємо вираз

де = 663 нм – довжина хвилі лазерного випромінювання; х_к – координата к-го максимума на екрані.

Двовимірна гратка створена двома одновимірними гратками з періодами d₁ I d₂, які розташовані під прямим кутом одна до одної. Для такої гратки максимум буде спостерігатися лише в тих випадках, коли одночасно виконується умова максимумів для обох одновимірних граток

(6)

де _к1 – кут відхилення променя вздовж осі Х;

_к2 – кут відхилення променя вздовж осі Y.

Ці співвідношення можна переписати аналогічно рівнянню (5):

,

(7)

Таким чином, для двовимірної гратки система максимумів являє собою площину, кожен максимум – це точка цієї площини з координатами , де к₁- порядок максимуму вздовж осі Х, к₂- порядок максимуму вздовж осі Y. Значенню к₁=к₂=0 відповідає центральний максимум з координатами (0;0).

Опис експериментальної установки

Установка складається з блока лазерного випромінювання (1) і екрана (2), які розташовані на оптичній лаві (3). Лазер і екран можна вільно пересувати вздовж оптичної лави. Блок лазерного випромінювання містить в собі дві револьверні обойми (4), в яких закріплено різні оптичні пристрої, в тому числі і дифракційні гратки. Обертаючи ці обойми можна встановити на шляху лазерного променя одновимірну або двовимірну дифракційну гратку. Для регулювання вертикального положення максимумів на екрані використовується гвинт (5).

Увага! Пряме попадання лазерного променя в око шкідливе для зору. Лазерний промінь можна спостерігати лише після відбивання від розсіючих поверхонь.