vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ ЖАМЕНА

Введение. Интерференцией света называется сложение световых пучков, ведущее к образованию светлых и темных полос. Свет представляет собой электромагнитные волны. Как и всякие волны, световые волны могут интерферировать

Если две световые волны придут в одну точку в одинаковой фазе, они будут усиливать друг друга. В этой точке образуется светлый участок интерференционной картины. В тех же точках пространства, в которые волны приходят в противоположных фазах, они будут ослаблять друг друга и там будет темный участок картины интерференции.

Таким образом, результат интерференции зависит от разности фаз интерферирующих волн. Чтобы картина интерференции в каждой точке пространства не менялась со временем, необходимо, чтобы разность фаз была постоянной. В противном случае в каждой точке пространства волны будут то усиливать, то ослаблять друг друга и глаз, воспринимая усредненную картину, не обнаружит интерференционных полос. Следовательно, наблюдать интерференционную картину можно лишь в том случае, если интерферирующие волны имеют строго одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Источники света и испускаемые ими лучи, удовлетворяющие указанным требованиям, называются когерентными.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ.

из одного и того же источника света. Каждый из этих пучков, попав на пластинку 2, еще раз раздваивается, и из нее выходят уже четыре пучка а, б, в, г, причем второй «б» и третий «в»

накладываются друг на друга. Если пластины 1 и 2 параллельны, то разность хода в пучках «б» и «в» будет по всему сечению равна нулю. В результате интерференции пучки

усиливают друг друга и в зрительную трубу 4 мы увидим интерференционное поле равномерно освещенным.

Если одна из пластин немного наклонена относительно другой, то пучки «б» и «в»

будут не параллельными, а наклоненными под углом друг к другу. Разность хода между ними уже не будет постоянной по сечению пучков, а будет линейно меняться от точки к точке. В поле зрения окуляра зрительной трубы 4 появятся интерференционные полосы,

параллельные ребру двухгранного угла , который составляют фронты интерферирующих

волн.

Наклоном одной из пластин можно менять и ориентацию, и ширину интерференционных полос. При введении в один из пучков («А» или «В») вещества с иным показателем преломления n2, чем у воздуха при атмосферном давлении n1,

интерференционные полосы начнут перемещаться в поле зрения зрительной трубы за счет

появления дополнительной разности хода . При интерференционная картина перемещается на одну полосу. Смещению картины на k полос соответствует разность хода

k .

1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Разность хода лучей будет:

По уравнению (1) можно определить показатель преломления n2, сосчитав число полос k, на которое сместилась при этом интерференционная картина, а так же если известны

, и n1.

Если перемещение полос вызвано только изменением показателя преломления ( n2 )

газа в одной из ветвей интерферометра, то дифференцируя соотношение (1) имеем:

где k – число, показывающее, на сколько полос сместилась наблюдаемая

интерференционная картина.

В частности, это изменение может быть обусловлено изменением давления газа. Как известно, рефракция пропорциональна давлению газа

Зная , нетрудно вычислить по формуле (3) показатель преломления для газа любого

давления.

рис. 2

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Интерферометр Жамена (рис.2) включает источник света 1 (используется лазер), двойную газовую кювету 2, толстые плоскопараллельные пластины 3 и зрительную трубу 4 для наблюдения интерференционных полос. Одна из кювет соединена с атмосферой, другая

– с системой наполнения и измерения давления (рис.3), состоящей из насоса 1, манометра 2 и клапана 3 для медленного выпуска воздуха из кюветы.

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Включаем лазер (тумблер включения расположен на блоке питания лазера).

интерференционных полос в зрительную трубу, отсчитываем число интерференционных полос, проходящих через перекрестие. Отсчитав

определенное число полос (по указанию преподавателя) записываем началное и конечное

давления и число полос k, прошедших через перекрестие визира. Повторяем эксперимент

несколько раз. Результаты измерений записываем в таблицу 1.

величину / , где - длина волны, излучаемая лазером, - длина кюветы. Определяем

средне значение .

Вычисляем показатель преломления воздуха при нормальном давлении, для чего

используем формулу (3) и найденное значение .

Определяем погрешность найденного показателя преломления.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ПРОЗРАЧНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЁТКИ.

собираются линзой О на экране Э и интерферируют (складываются). В конкретную точку

экрана попадают волны, идущие только под определенным углом по отношению к

дифракционной решетке.

Таким образом, дифракционная решетка осуществляет наложение двух процессов: дифракции на каждой отдельной щели и интерференции излучения от всех щелей.

Значительное усиление волн будет происходить только под теми углами , для

которых световые волны, идущие от всех щелей усиливают друг друга. Это взаимное

усиление будет осуществится, если L - оптическая разность хода лучей от соседних щелей

кратна длине световой волны. Из рис.1 ясно, что

Таким образом взаимное усиление волн будет происходить только под некоторыми

углами , подчиняющимися соотношению, называемому основной формулой

дифракционной решетки:

d SIN k , k 0; 1; 2... , (2)

где - длина волны.

Целое число "k" называют порядком дифракции. При k = 0 (нулевой порядок

дифракции) все длины волн, после прохождения через дифракционную решетку,

распространяются под одним и тем же углом = 0 и собираются в центре экрана. Если цвет

излучения, падающего на решетку, белый, то и цвет яркой полоски в центре экрана также будет белый.

Если k = +1 (первый правый порядок дифракции), то для каждой длины волны

найдется свой угол максимального усиления, т.е. на экране будут видны отдельные яркие

цветные полоски, каждая из которых соответствует определенной длине волны.

Таким образом, дифракционная решетка осуществляет разложение световой волны по длинам волн (осуществляет спектральное разложение). Аналогичная ситуация будет

наблюдаться при k = 1 (первый левый порядок дифракции). Цветные полоски

(спектральные линии) в этом случае лежат слева от нулевого порядка.

Спектральные линии будут наблюдаться также во втором правом и втором левом

порядках (k = + 2 и k = 2) и т.д.

Свойство дифракционной решетки - давать максимумы для разных длин волн под

разными углами - используется для измерения длин волн оптического излучения.

На рис. 2 приведён дифракционный спектр излучения ртутной лампы, содержащий четыре интенсивных спектральных линии в видимом диапазоне (третий порядок дифракции смещён вверх для того, чтобы было видно всегда наблюдающееся "переложение" спектральных линий со вторым порядком дифракции).

1