Физика / ФИЗИКА / shpory / физика / физика_1 / физика о / Fizika / Лабы / 2 (2)Изучение явления интерференции световых волн

Цель работы:

1. изучение явления интерференции световых волн;

2. определение длины световой волны.

Приборы и принадлежности: He-Ne лазер, бипризма Френеля, измерительный микроскоп.

Теоретическая часть.

Интерференция волн.

Плоская электромагнитная волна, распространяющаяся вдоль оси , описывается уравнениями:

Значение начальной фазы определяется выбором начал отсчёта и . При рассмотрении одной волны начало отсчёта времени и координаты обычно выбираются так, чтобы стала равной нулю.

В электромагнитной волне происходит колебание векторов напряженности электрического и магнитного полей. Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора . В соответствии с этим мы будем в дальнейшем говорить о световом векторе, подразумевая под ним вектор напряжённости электрического поля.

Обозначим модуль амплитуды светового вектора буквой . Закон, по которому изменяется во времени и в пространстве мгновенное значение светового вектора:

будем называть уравнением световой волны, а величину – амплитудой световой волны.

Длины волн видимого света заключены в пределах:

мкм

Эти значения относятся к световым волнам в вакууме. Длина световой волны в среде с показателем преломления n связана с длиной волны в вакууме соотношением:

Частоты видимых световых волн лежат в пределах:

Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одного направления:

Амплитуда результирующего колебания в данной точке определяется формулой:

Если разность фаз (), возбуждаемых волнами колебаний, остаётся постоянной во времени, то волны называются когерентными.

В случае некогерентных волн непрерывно изменяется с очень большой частотой, принимая с равной вероятностью любые значения, вследствие чего среднее по времени значение равно нулю. В этом случае:

Если вспомнить, что интенсивность световой волны пропорциональна квадрату её амплитуды, можно заключить, что интенсивность, наблюдаемая при наложении когерентных волн, равна сумме интенсивностей, создаваемых каждой из волн в отдельности:

В случае когерентных волн имеет постоянное во времени (но своё для каждой точки пространства) значение, так, что:

В тех точках пространства, для которых , превышает сумму интенсивностей исходных волн, в точках, для которых будет меньше её.

Таким образом, при наложении когерентных световых волн происходит перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других – минимумы интенсивности. Это явление называется интерференцией волн. Необходимым и достаточным условием интерференции волн является их когерентность и равенство частот. Особенно отчётливо проявляется интерференция в том случае, когда интенсивности обеих волн одинаковы:

Тогда в максимумах , а в минимумах I=0. Для некогерентных волн при том же условии получается всюду одинаковая интенсивность .

Бипризма Френеля.

Бипризмой Френеля называются изготовленные из одного куска стекла две призмы с малым преломляющим углом

имеющие общее основание. Параллельно этому основанию на расстоянии a от него располагается линейный источник света (перпендикулярно плоскости чертежа). Угол падения лучей на бипризму мал, вследствие чего все лучи отклоняются бипризмой на одинаковый угол:

где – показатель преломления стекла.

В результате образуются две когерентные цилиндрические волны, исходящие из мнимых источников , лежащих в одной плоскости с . Расстояние между источниками равно:

Расстояние от источников до экрана:

Ширину интерференционной полосы находим по формуле:

Если на бипризму Френеля падает не цилиндрическая, а плоская волна, то в формуле можно осуществить переход:

откуда:

По формуле можно определить длину волны излучения, если известны параметры бипризмы Френеля и измерена ширина интерференционной полосы.

Практическая часть.

п/п			, мм	, нм	, нм	, нм
1	3	24	0.2136	982560	221076	761484
2	7	51	0.1513	695980	65504
3	11	74	0.1317	605912	155572

- ширина интерференционной полосы, , где мм/дел

Параметры бипризмы Френеля: ; рад .

Длину волны вычисляем по формуле:

Абсолютная погрешность длины волны равна: 147384 нм , относительная погрешность: 19% .

Вывод: 1) изучили явление интерференции световых волн;

2) определили длину световой волны, она оказалась равной % нм.