Порядок роботи.

70. Встановити прилади згідно Мал. 2. УВАГА: лазер вмикає викладач (лаборант) після перевірки схеми.

71. Відрегулювати ширину щілини і її розміщення відносно променя лазера так, щоб отримати на екрані картину смуг загальною шириною близько 2 см.

72. Виміряти віддалі r, d, a, l і кількість смуг k.

73. Результати занести в таблицю.

74. Пункти 2 і 3 повторити не менше 5 разів.

75. По формулі (2) обчислити довжину хвилі для кожного досліду. Результати занести в таблицю.

№.	r, м	а, м	d, м	l, м	k	D, дптр	∆х, м	 нм
1 2 3 сер	0.12 0.12 0.05 0.097	0.7 0.85 0.96 0.837	0.36 0.36 0.28 0.333	0.04 0.05 0.025 0.038	5 5 3	33	0.008 0.01 0.0083 0.00877	980 1000 408 796

76. Обчислити похибку вимірювань.

= 0.089

λ_сер = (796 ± 71) нм. (t_α = 4.3, α = 95%)

Контрольні запитання.

77. В чому полягає явище інтерференції?

78. Чому не спостерігається інтерференція від двох незалежних джерел світла?

79. Назвіть методи одержання когерентних світлових хвиль.

80. Накресліть хід променів в біпризмі Френеля.

81. Запишіть умови виникнення максимумів і мінімумів інтерференції.

82. Поясніть, що таке просторова та часова когерентність.

83. Які методи спостереження інтерференції Ви знаєте?

Лабораторна робота № 8.

Визначення показника заломлення рідких речовин

з допомогою інтерферометра Релея.

Прилади і матеріали: інтерферометр Релея, дистильована вода, розчин спирту (5% і 10%).

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

В інтерферометрі Релея використовується дифракція Фраунгофера на двох щілинах (мал.1). розрахунок інтенсивності світлових коливань після проходження двох щілин можна зробити, використавши принцип Гюйгенса-Френеля.

Мал.1.

Інтенсивність світлових коливань на екрані записується виразом :

(1),

де І₀- інтенсивність світла в центрі дифракційної картини від однієї щілини;

k- хвильовий вектор, різниця ходу променів від двох щілин.

Перший множник в (1) дає інтенсивність при дифракції на одній щілині шириною b, а другий - інтерференцію хвиль на двох щілинах, розташованих на відстані d. Розподіл інтенсивності на екрані для цього випадку приведений на мал..2 (пунктирна лінія – дифракційна картина від однієї щілини).

Мал.2.

Практичний інтерес мають яскраві інтерференційні смуги, розташовані в межах центрального дифракційного максимуму, тобто в області |sinφ| /b.

Число смуг в цій області (головних максимумів) залежить від відстані між щілинами d. Очевидно, чим більше d, тим більше число смуг спостерігається в згаданому інтервалі. Мал.2 відповідає інтерференційній картині в монохроматичному світлі. Якщо щілини освітлюються білим світлом, то всі смуги, крім центральної, будуть забарвленими. Таким чином, центр інтерференційної картини візуально визначається як біла смуга, обмежена чорними мінімумами.

КОНСТРУКЦІЯ ІНТЕРФЕРОМЕТРА.

Інтерферометр складається з коліматора (щілина S і об‘єктив О₁) подвійної щілини Д та зорової труби (об‘єктив О₂ ,окуляр О ). Щілина S освітлюється лампою розжарення Л через конденсор К. Ця щілина розташована в фокусі об‘єктива О₁ . Світло, що проходить, через цей об‘єктив, падає на подвійну щілину Д паралельним пучком (плоска хвиля), що забезпечує виконання умов дифракції Фраунгофера при невеликих розмірах установки. Дифракційна картина отримується в фокальній площині об‘єктива О₂ і розглядається через окуляр О. Кожному значенню дифракційного кута  в фокальній площині об‘єктива О₂ відповідає лінія, що паралельна щілинам, яка відстоїть від оптичної вісі на відстані

,

де f – фокусна відстань об‘єктива О₂. Відстань між інтерференційними смугами в фокальній площині рівна:

(2)

Звичайно f= 50 см., d= 1 cм., тобто =2,5*10^-3см. Для спостереження таких дрібних інтерференційних смуг використовують окуляр О з великим збільшенням (150x).

Мал.3.

Інтерферометр Релея може застосовуватись для визначення невеликих змін показників заломлення рідин і газів, визначення домішок різних газів в повітрі (зокрема для вимірювання концентрації рудничних газів в шахтах). Суть методу полягає в тому, що на шляху світлових хвиль розміщується два прозорих об‘єкта, наприклад, дві кювети з різними рідинами (мал.3). Це приводить до появи різниці ходу між променями , де L – товщина шару рідини, n₁ і n₂ – показники заломлення двох рідин. Внаслідок інтерференції променів з різницею ходу інтерференційна картина зміщується в горизонтальній площині відносно оптичної системи приладу.

В ІТР-1 для зміщення інтерференційної картини в горизонтальній площині використовується компенсатор Жамена, що складається з двох однакових плоско-паралельних пластин.

Нахилом однієї з них можна одержати додаткову різницю ходу . При нульова смуга інтерференції спостерігається в центрі дифракційної картини на оптичній осі приладу. В цьому випадку різницю ходу променів можна визначити по куту нахилу пластини компенсатора або показом зв‘язаного з ним мікрометричного гвинта.

В окулярі ІТР-1 видно не одну, а дві системи інтерференційних смуг. Верхня система смуг рухома. Вона утворюється при інтерференції променів, які пройшли під кюветою і компенсатором. Для роздільного спостереження двох систем в окулярі застосована не сферична, а циліндрична оптика.