- •Федеральное агентство по образованию
- •Содержание
- •Лабораторная работа № 1 Определение показателя преломления твердых тел с помощью микроскопа
- •Сведения из теории
- •Описание метода
- •План работы
- •Лабораторная работа № 2 Фокусные расстояния и увеличения линз
- •Краткие теоретические сведения геометрическая оптика
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 3 Бипризма Френеля
- •Краткие теоретические сведения
- •Бипризма
- •Порядок выполнения работы
- •Измерение ширины интерференционной полосы
- •Лабораторная работа № 5 Измерение толщины волоса
- •Краткие теоретические сведения дифракция
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 6 Измерение малых деформаций
- •Краткие теоретические сведения интерферометрия
- •Интерферометр маха-цендера
- •Явление интерференции
- •Когерентность лазерного излучения
- •Описание метода
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 7 Поляризатор и анализатор
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 8 Показатель преломления воздуха
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание метода
- •Лабораторная работа № 9 Основы фотометрии
- •Сведения из теории
- •Экспериментальная часть
- •Порядок проведения измерений
Лабораторная работа № 3 Бипризма Френеля
Цель работы: определить с помощью бипризмы длину волны установки.
Приборы и принадлежности: ЛКО-3 (модули 2,5,6; объект 11(бипризма)).
Краткие теоретические сведения
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Колебания, протекающие согласованно, называют когерентными. Для колебаний, близких к гармоническим, когерентность означает постоянную во времени разность фаз .
При сложении двух когерентных волн наблюдается явление интерферен- ции, заключающееся в том, что интенсивность I результирующей волны не равна сумме интенсивностей I1 и I2 складываемых волн:
I I1 + I2. (3.1)
Если разность фаз складываемых колебаний постоянна во времени и равна , то
I = I1 + I2 +2 cos .
Если = 2k (k - целое), то интенсивность максимальна, если =(2k+1) - минимальна. Очевидно
Imax = ( + )2 (3.2)
Imin = ( - )2 (3.3)
Если I1 = I2 , то в минимуме Imin = 0 свет плюс свет дает темноту. Как правило, в разных точках пространства величина имеет разные значения, и возникает чередование темных и светлых полос, называемое интерференционной картиной. Расстояние между соседними светлыми или соседними темными полосами (т.е. между соседними максимумами или соседними минимумами интенсивности) называют шириной интерференционной полосы.
Разность фаз определяется оптической разностью хода:
= 2 / 0; = L2 – L1 (3.4)
где L1 и L2 – «оптические длины» двух лучей, идущих от источника до точки наблюдения, 0 - длина волны излучения в вакууме.
Отрезку луча длиной 1 в среде с показателем преломления n соответствует оптическая длина L = nl. Для луча, прошедшего от точки А до точки В:
L = (3.5)
Условия интерференционного максимума и минимума:
mах: = k 0 , где k – целое число (3.6)
min: = (k + 1/2) 0 , где k – целое число (3.7)
0 - длина волны излучения в вакууме.
В общем случае можно записать
= m 0 (3.8)
Параметр m называют порядком интерференции. Целым m соответствуют максимумы интенсивности, полуцелым - минимумы. Изменению m на единицу соответствует переход на соседнюю интерференционную полосу.
Две плоские волны, с малым углом между направлениями распространения, в плоскости, перпендикулярной среднему направлению распространения, дают интерференционную картину (рис.30) в виде чередующихся темных и светлых полос. Ширина полосы (расстояние между соседними минимумами или соседними максимумами):
x = / (3.9)
Волны, пришедшие на экран Э от достаточно удаленных точечных источников S1 и S2 (рис.31), можно в области экрана Э считать плоскими. Очевидно, = h/l, соответственно:
(3.10)
ТИПОВАЯ СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА
Как правило, на оптической скамье последовательно располагаются (рис 3.3):
- устройства формирования пучка излучения;
- изучаемый объект в плоскости Э1;
- плоскость Э2, в которой формируется изучаемая интерференционная или дифракционная картина. Для наблюдений и измерений эта картина линзой микропроектора Л2 переносится с увеличением на экран ЭЗ.
Расстояния между объектами в направлении распространения света определяются как разности координат z на линейке оптической скамьи. Характерные размеры объектов и распределений интенсивности в плоскостях Э1 и Э2 определяются как разности координат х или у в этих плоскостях. Мелкомасштабные объекты и распределения интенсивности измеряются с помощью микропроектора, параметры которого нужно определить в разделе «Калибровка микропроектора».
КАЛИБРОВКА МИКРОПРОЕКТОРА
Калибровка заключается в определении поперечного увеличения линзы модуля 2. Для калибровки устанавливают модуль 2 в положение с координатой риски 650 мм, а перед ним - модуль 5 или другой элемент так, чтобы лазерный пучок расширился и осветил в объектной плоскости модуля 2 площадку диаметром 5-10 мм, при этом на экране фотоприемника будет освещена практически вся шкала. Размещая в кассете модуля 2 различные объекты, на экране фотоприемника получают их увеличенное изображение.
Установите в кассете объект N:1 с калибровочной сеткой, цена деления h которой 1,00 мм. По шкале фоторегистратора определите координаты изображений нескольких штрихов сетки и найдите расстояние Н между соседними изображениями.
Увеличение проекционного микроскопа:
= H/h (3.11)