II. Описание эксперимента.

2.1. Определение угловой расходимости луча.



Определение расходимости пучка лазерного распределения. Если бы пучок был параллельный то он собрался бы в фокусе линзы Л на расстоянии f от линзы так как он - расходящийся, то он соберётся за фокусом на расстоянии b. Из рисунка видно x=a и для треугольника ОА¹B и треугольника FCB получим x+r/b=FC/b-f=f/b-f отсюда

=2=d/a-(bf/b-f) (9.3)

где d - диаметр пучка, f – известное фокусное расстояние линзы

2.2 Определение степени поляризации лазерного пучка

Если на пути пучка поместить поляризатор, то поток энергии проходящего через него излучения будет меняться в зависимости от угла а между оптической ось поляризатора и плоскостью поляризации излучения по законы Малюса:

Ф_е = Ф_ео cos²  (9.4)

Если излучение поляризовано не полностью, то вводят понятие степени поляризации

p=Ф_emax - Ф_emin/ Ф_emax + Ф_emin (9.5)

где Феmaks и Феmin – максимальное и минимальное значения потока энергии излучения, измеренные при вращении поляризатора вокруг продольной оси. Если P= 1, свет поляризован полностью; если Р – свет не поляризован; если 0<Р<1 - поляризован частично.

Рис 9.3

Окг – лазер, Л- линза расширитель пучка, П – поляризатор, ФП- фотоприёмник mV- измерительный прибор. При измерения следует учесть, что поляроид обладает недостатком: поглощение в нём зависит от длины волны. Поэтому он частично пропускает свет в красной области спектра даже при и его необходимо отградуировать для учёта этого факта.

2.3 Наблюдение дифракции и определение когерентности лазерного излучения.

Дифракцией света называют явления, наблюдаемые при распространении света в среде с резкими неодноростями (щели, малые отверстия, непрозрачные преграды) и связанные с отклонениями от законов геометрической оптики, которые основаны на прямолинейности распространения пучков света (см. л.р. 9-3). Дифракция приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. Между интерференции и дифракции нет существенного различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиция волн. Для наблюдения дифракции на пути световой волны, распространяющейся от когерентного источника, помещаются непрозрачные преграды, закрывающие часть волновой поверхности световой волны. За преградой размещается экран, на котором наблюдается дифракционная картина. Если источник света и точка наблюдения расположены от препятствия на столько далеко, что лучи, падающие на препятствие и лучи, идущие в точку наблюдения, можно считать практически параллельными, то имеет место дифракция Фраунгофера. Если же это допущение не выполняется, говорят о дифракции Френеля. Характер дифракции зависит от значения безразмерного параметра b² /l  , который может быть получен из рассмотрения

Рисунка.

Если ширина щели b>>l, то лучи, идущие в точку Р от краёв щелей, будут практически параллельны. Разность хода  лучей BP и AP можно найти из треугольника АВР:

(r+)² = r²+b²-2rbcos(/2+)

возводя левую часть в квадрат и принибригая величиной ² получим = b² /2r+bsin. При r ∞, _∞ bsin: -_∞= b² /2r ~ b²/l. При конечных r характер дифракционной картины будет определяться соотношением между -_∞ и длиной волны . При

-_∞ << дифракция Фраунгофера, при -_∞ ~ - дифракция Френеля. Таким образом, если, b²/l<<1 – дифракция Фраунгофера, ~1- дифракция Френеля, >>1- геометрическая оптика.

амплитуду результирующей волны в любой точке пространства, в том числе и в области геометрической тени, можно найти, используя принцип Гюйгенса – Френеля и метод зон Френеля. Явление дифракции лазерного излучения вследствие его высокой когерентности достаточно просто наблюдать для значительных величин препятствий, как для сферических, так и плоских волн. Сферичность лазерной величины получается при использовании короткофокусной линзы – расширителя. Первый этап измерений направлен на определение длины волны излучения  и ширины полосы излучения .

Согласно схеме измерений, плоская волна ПВ падает на дифракционную

решётку P и образует дифракционную картинку на экране. Так как не монохроматична, то разброс по длина волн  будет определятся x, шириной максимума, некоторое среднее значение длины волны излучения в максимуме  координатой х. Считая x получим, применив условие главного L дифракционного максимума,

l_ког =²/=x²d/nlx , где d – постоянная решётки, n – номер максимума. Следующим этапом является определение диаметра круглого отверстия для этой щели удобно применить дифракцию сферических волн. Тогда в соответствии с теорией дифракцией в центре дифракционной картины будет наблюдаться максимум или минимум освёщенности от расстояния между отверстиями и экраном. Для схемы измерений приведённой на рис. Следует что порядок максимума или минимума определяется выражением: m_маx = d²/4(1/a+1/b_max), m_min = d²/4(1/a+1/b_min) (9.6)

Тогда из (9.6) следует что, для последовательных максимума и минимума её освещённости

d=2sqrt(b_max * b_min */ b_max- b_min) (9.7)