Лабораторна робота №4. Вивчення і практичне застосування когерентності випромінювання окг

Обладнання: лазер, оптична лава, подвійна щілина Юнга, рухома щілина, екран, стрічка вимірювальна, міліметрова лінійка.

Короткі теоретичні відомості

Найпростішим для розрахунку і практично дуже важливим випадком використання лазерного випромінювання є фраунгоферова дифракція на довгій прямокутній щілині.

Кути дифракції , що відповідають мінімумам інтенсивності світла, пов’язані з шириною одної окремої щілиниb умовою:

,

де m= 1;2;3 і т.д.

Кути дифракції, що відповідають максимумам інтенсивності, починаючи з максимуму 1-го порядку, визначаються з умов:

; ;

; ;

Просторова когерентність лазерного випромінювання дозволяє здійснити дослід Юнга при безпосередньому освітленні обох щілин повним перерізом пучка світла.

Як відомо, класичний дослід Юнга дозволяє на екрані спостерігати інтерференційну картину, ширина смуги якої пов’язана з довжиною хвилімонохроматичного випромінювання, відстанню d між серединами двох щілин і відстанню L від подвійної щілини до екрана співвідношенням.

Використання в досліді Юнга щілин з різними d дозволяє встановити просторову когерентність лазерного випромінювання.

Опис установки і методика виконання роботи

Рис.4.4. Схема установки для визначення розмірів малих об’єктів: 1-лазер; 2 – об’єкт, що дає інтерференційну або дифракційну картину; 3 – екран.

Монохроматичність і висока ступінь когерентності лазерного випромінювання в даній роботі використовуються для визначення розмірів досить малих об’єктів з високою точністю, наприклад, ширини вузької щілини і відстані між центрами двох щілин в досліді Юнга. Для цього збирають установку, схема якої зображена на рис.4.4.

1. Спостерігаючи на екрані дифракційну картину від вузької щілини, вимірюють відстань від центра нульового до центра першого , другогоі третьогодифракційних максимумів і відстань L від рухомої щілини 2 до екрана 3. Враховуючи, що значення тангенса і синуса для малих кутів рівні, визначають:;;і з умов спостереження відповідних максимумів інтенсивності світла при дифракції на вузькій щілині – визначають ширину щілини b, роблять розрахунок абсолютної і відносної похибки.

2. Використовуючи в якості об’єкта дві близько розміщені щілини, на екрані спостерігають картину, яка складається з системи смуг однакової ширини. Вимірюють ширину одної із них і визначають відстань між центрами двох щілин:, денм, а L – відстань, виміряна від подвійної щілини до екрана.

Завдання

1. За рекомендованою літературою вивчити теорію, ознайомитися з інструкцією і установкою для виконання роботи, підготувати відповіді на контрольні запитання.

2. Згідно з рекомендаціями, даними в [44], визначити ширину одної щілини і відстань між серединами двох щілин в досліді Юнга. Оцінити отримані результати, оформити і здати звіт про виконану роботу.

3. Підготувати варіанти інструкцій для учнів щодо виконанню цих робіт у фізичному практикумі середньої школи.

Контрольні питання

1. Чим відрізняються поняття «часова когерентність» і «просторова когерентність»?

2. Сформулювати і розкрити сутність принципу Гюйгенса-Френеля.

3. Який характер розподілу енергії в дифракційній картині від щілини.

4. Яким чином, використовуючи дослід Юнга, можна визначити відстань між центрами двох щілин?