Файл: Направление подготовки 18. 03. 01 Химическая технология отчёт по лабораторной работе по дисциплине "Физика" Тема Изучение интерференции света от двух щелей. Дифракция Фраунгофера в лазерном излучении..docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 160
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
k1 и k2(рис. 7).
Главные максимумы возникают только тогда, когда
и, одновременно, 
, где k1 и k2 целые числа. В этом случае интенсивность света в данном направлении 
. Если только одно из этих чисел (k1 или k2) целое, т. е. выполняется условие возникновения главного максимума лишь для одной из решёток, то его интенсивность оказывается намного меньше. Одна система максимумов, соответствующая условию 
, располагается вдоль оси X, а вторая - 
вдоль оси Y. В центре картины находится максимум нулевого порядка, который лежит в направлении α0, β0.
Если углы дифракции малы, координаты главных максимумов вдольосиXи вдоль осиYопределяется соответственно:
(27)
Таким образом, по расположению максимумов можно судить о величине периодов d1 и d2.
При больших расстояниях L от решётки до экрана, суперпозиция параллельных дифрагированных лучей осуществляется на экране и без собирающей линзы и выражения (18) примут вид:
, 
(28)
Пусть волна падает на двумерную решётку наклонно (т. е. углы α0, β0 отличны от
). Тогда условия возникновения главных максимумов примут вид:
(29)
Общий характер дифракционной картины, в этом случае, останется прежним, изменятся лишь масштабы по осям X и Y наблюдаемой дифракционной картины.
Лабораторная работа позволит разобраться с понятием дифракции Фраунгофера, дифракционной решётки. При изучении дифракции Фраунгофера у нас будет возможность увидеть в ходе эксперимента дифракционные картины для дифракции на одной щели, на одномерной и двумерной дифракционных решётках при монохроматическом свете лазерного источника.
Дифракционные явления Фраунгофера имеют большое практическое значение, лежат в основе принципа действия многих спектральных приборов, в частности, дифракционных решёток.
Явление дифракции применяется в дифракционных методах исследования атомного строения вещества, использующих дифракцию пучка фотонов, электронов или нейтронов, рассеиваемого исследуемым объектом.
Описание экспериментальной установки
В лабораторной работе для изучения дифракция Фраунгофера в лазерном излучении и интерференции света от двух щелей используется модульный лабораторный учебный комплекс МУК-ОВ. В качестве объекта исследования используются лазерное излучение. Общий вид комплекса показан на рис. 8. В состав комплекса входят оптический и электронные блоки.
Устройство оптического блока
Рис. 9. Оптический блок предназначен для сборки требуемых оптических схем. Он состоит из основания 10, на котором установлены и закреплены электронный блок 11 и стойка 8, служащая вертикальной оптической скамьёй и блок осветителей. На стойке смонтированы следующие оптические узлы:
Устройство электронного блока
Рис. 9. Электронный блок 11 позволяет:
Электронный блок содержит следующие органы управления, коммутации и индикации:
12 – Индикатор измерений блока амперметра-вольтметра;
13 – индикатор режима измерений блока амперметра-вольтметра;
14 – индикаторы включенного источника;
15 – регулятор накала белого осветителя;
16 – кнопка переключения режима измерений блока амперметра-вольтметра;
17 – кнопка включения лазера;
18 – ручка установки относительной интенсивности «J/J0»;
19 – кнопка переключения фотоприемников;
20 – индикатор относительной интенсивности излучения;
21 – индикаторы включенного фотоприемника;
22 – кнопка «Сеть»;
23 – окно фотоприемников белого осветителя;
24 – окно фотоприемника лазерного излучения.
Особенности установки: запрещается вставлять и вынимать вилку питания при нажатой кнопке «Сеть», а также включать и выключать кнопку «Сеть» при включённому лазере. Запрещается смотреть на прямое лазерное излучение, вносить в рабочую область предметы, способные отражать лазерное излучение (браслеты, кольца, зеркала и др.). Перед началом работы нужно исключить попадание прямого яркого света на рабочее место. Длина волны лазерного излучателя 0,65 мкм. Мощность лазерного излучателя 3 мВт. Поворот дифракционных элементов 0◦-90◦. Расстояние от дифракционного элемента до экрана 370 ± 5 мм. Время непрерывной работы источника лазерного излучения не более 20 мин. Длина волны узкополосного фотоприемника №1 белого осветителя 0,66 мкм. Длина волны узкополосного фотоприемника №2 белого осветителя 0,94 мкм. Диапазон широкополосного фотоприемника №3 белого осветителя 0,4…0,9 мкм. Диапазон широкополосного фотоприемника №4 лазерного источника 0,4…1,2 мкм. Блок обеспечивает свои технические характеристики в пределах указанных норм после 5-ти минутного самопрогрева.
Результаты
Изучение интерференции света от двух щелей
Таблица №1. Интерференция света.
, (30)
где N – число отмеченных максимумов, l – расстояние между крайними отмеченными максимумами.
(31)
(32)
, при α=0,95 (33)
 |
| Рис. 7. Дифракционная картина двумерной решётки (изображение взято из методического пособия «Дифракция Фраунгофера в лазерном излучении»). |
Главные максимумы возникают только тогда, когда
и, одновременно, , где k1 и k2 целые числа. В этом случае интенсивность света в данном направлении . Если только одно из этих чисел (k1 или k2) целое, т. е. выполняется условие возникновения главного максимума лишь для одной из решёток, то его интенсивность оказывается намного меньше. Одна система максимумов, соответствующая условию , располагается вдоль оси X, а вторая - вдоль оси Y. В центре картины находится максимум нулевого порядка, который лежит в направлении α0, β0.Если углы дифракции малы, координаты главных максимумов вдольосиXи вдоль осиYопределяется соответственно:
(27)Таким образом, по расположению максимумов можно судить о величине периодов d1 и d2.
При больших расстояниях L от решётки до экрана, суперпозиция параллельных дифрагированных лучей осуществляется на экране и без собирающей линзы и выражения (18) примут вид:
, (28)Пусть волна падает на двумерную решётку наклонно (т. е. углы α0, β0 отличны от
). Тогда условия возникновения главных максимумов примут вид: (29)Общий характер дифракционной картины, в этом случае, останется прежним, изменятся лишь масштабы по осям X и Y наблюдаемой дифракционной картины.
Лабораторная работа позволит разобраться с понятием дифракции Фраунгофера, дифракционной решётки. При изучении дифракции Фраунгофера у нас будет возможность увидеть в ходе эксперимента дифракционные картины для дифракции на одной щели, на одномерной и двумерной дифракционных решётках при монохроматическом свете лазерного источника.
Дифракционные явления Фраунгофера имеют большое практическое значение, лежат в основе принципа действия многих спектральных приборов, в частности, дифракционных решёток.
Явление дифракции применяется в дифракционных методах исследования атомного строения вещества, использующих дифракцию пучка фотонов, электронов или нейтронов, рассеиваемого исследуемым объектом.
Описание экспериментальной установки
В лабораторной работе для изучения дифракция Фраунгофера в лазерном излучении и интерференции света от двух щелей используется модульный лабораторный учебный комплекс МУК-ОВ. В качестве объекта исследования используются лазерное излучение. Общий вид комплекса показан на рис. 8. В состав комплекса входят оптический и электронные блоки.
 |  |
| Рис. 8. Экспериментальная установка МУК-ОВ (изображение взято с сайта http://www.opprib.ru/main/labor/html/metodika/physic/010503.php). | Рис. 9. Схема экспериментальной установки МУК-ОВ (изображение взято с сайта http://www.opprib.ru/main/labor/html/metodika/physic/010503.php). |
Устройство оптического блока
Рис. 9. Оптический блок предназначен для сборки требуемых оптических схем. Он состоит из основания 10, на котором установлены и закреплены электронный блок 11 и стойка 8, служащая вертикальной оптической скамьёй и блок осветителей. На стойке смонтированы следующие оптические узлы:
-
Устройство 1 с полупроводниковым лазером и белым осветителем. Белый осветитель представляет собой зеркальный отражатель, в который смонтирована лампа накаливания. Свет от белого осветителя выводится вертикально вниз. -
Турель 2, на которой закреплены объекты исследования для работ интерференции и дифракции. Каждый из объектов закреплён на вращающейся втулке, ось которой совпадает с серединой объекта. Втулка снабжена указателем, а основание – угломерной шкалой и пиктограммой объекта исследования. -
Защитный неподвижный экран 3, расположенный между турелью 2 и поляроидом 4. Предназначен для защиты оптических элементов от отражения лазерного луча. -
Поляризатор 4, закреплённый на турели во вращающейся обойме стрелкой-указателем и транспортиром. При выполнении работ, в которых требуется поляризатор, турель поляризатора может поворачиваться и выводить его из рабочей зоны. -
Анализатор 7, выполненный аналогично поляризатору 4. -
Двулучепреломляющая четвертьволновая пластинка 5, конструктивно выполненная аналогично поляризатору 4. -
Блок 6 для измерения угла Брюстера в данной работе не используется. Состоит из стеклянной пластинки с поворотным устройством и отсчётной матовой полупрозрачной шкалой.
Устройство электронного блока
Рис. 9. Электронный блок 11 позволяет:
-
Регистрировать относительную интенсивность излучений для трёх областей длин волн. -
измерять ток белого осветителя; -
изменять напряжение питания белого осветителя; -
генерировать ток накачки лазера.
Электронный блок содержит следующие органы управления, коммутации и индикации:
12 – Индикатор измерений блока амперметра-вольтметра;
13 – индикатор режима измерений блока амперметра-вольтметра;
14 – индикаторы включенного источника;
15 – регулятор накала белого осветителя;
16 – кнопка переключения режима измерений блока амперметра-вольтметра;
17 – кнопка включения лазера;
18 – ручка установки относительной интенсивности «J/J0»;
19 – кнопка переключения фотоприемников;
20 – индикатор относительной интенсивности излучения;
21 – индикаторы включенного фотоприемника;
22 – кнопка «Сеть»;
23 – окно фотоприемников белого осветителя;
24 – окно фотоприемника лазерного излучения.
Особенности установки: запрещается вставлять и вынимать вилку питания при нажатой кнопке «Сеть», а также включать и выключать кнопку «Сеть» при включённому лазере. Запрещается смотреть на прямое лазерное излучение, вносить в рабочую область предметы, способные отражать лазерное излучение (браслеты, кольца, зеркала и др.). Перед началом работы нужно исключить попадание прямого яркого света на рабочее место. Длина волны лазерного излучателя 0,65 мкм. Мощность лазерного излучателя 3 мВт. Поворот дифракционных элементов 0◦-90◦. Расстояние от дифракционного элемента до экрана 370 ± 5 мм. Время непрерывной работы источника лазерного излучения не более 20 мин. Длина волны узкополосного фотоприемника №1 белого осветителя 0,66 мкм. Длина волны узкополосного фотоприемника №2 белого осветителя 0,94 мкм. Диапазон широкополосного фотоприемника №3 белого осветителя 0,4…0,9 мкм. Диапазон широкополосного фотоприемника №4 лазерного источника 0,4…1,2 мкм. Блок обеспечивает свои технические характеристики в пределах указанных норм после 5-ти минутного самопрогрева.
Результаты
Изучение интерференции света от двух щелей
 |
| Рис. 10. Интерференция света от двух щелей. |
Таблица №1. Интерференция света.
| № | α, град | l, мм | N | Δx, мм | λ, мкм | L, мм | d, мкм | <d>, мкм | Δd, мкм | ε, % |
| 1 | 0 | 194 | 44 | 4,5 | 0,65 | 370 | 53,4 | 58,67 | 12,8 | 21,6 |
| 2 | 30 | 185 | 40 | 4,7 | 0,65 | 370 | 59 | |||
| 3 | 60 | 189 | 26 | 7,56 | 0,65 | 370 | 63,6 |
, (30)где N – число отмеченных максимумов, l – расстояние между крайними отмеченными максимумами.
(31) (32) , при α=0,95 (33)