Файл: optics_quant_phys_chpi_mgou.docx

Основными характеристиками дифракционной решетки являются:

1. Период решетки d и число щелей N.

2. Дисперсия D. Дисперсия решетки определяется угловым расстоянием Аф между линиями, отличающимися по длине волны на АХ = 1 нм (угловая дисперсия) и и меряется обычно в единицах град/нм:

d ф Аф

D = .d X АХ

(6.8)

(6.9)

Дифференцирование выражения (6.1) дает: d cos фd ф = md X, отсюда

d ф

m

(6.10)

D=

dX d cos ф

Таким образ ом, дисперсия решетки тем больше, чем меньше период ре­шетки d и чем выше порядок наблюдаемого спектра m. Наблюдение отра­женного дифракционного спектра производится на экране (фотопластинке), поэтому вместо угловой дисперсии используют линейную дисперсию. Линей­ной дисперсией решетки D_x называется расстояние на экране между двумя ли­ниями, отличающимися по длине волны на 1 нм _ dx Ax

D_y = — « —. (6.11)

^x dX AX

3. Разрешающая способность решетки R = X/5X и область дисперсии дифракционной решетки AX = X ₂ — X₁ определяются формулами (5.9)-(5.12) так же, как и для про рачной дифракционной решетки.

   3. Измерение длины

   для наблюдения дифракции

   ла ерного и лучения

волн лазерного излучения

Установите первую отражаю­щую дифракционную решетку - часть CD-диска на поворотном сто­лике перед экраном (рис.6.6). Вклю­чите полупроводниковый ла ер и направьте его и лучение на решет­ку. Добейтесь нормального падения лучей на решетку, при этом отра­женный луч - максимум нулевого порядка должен во вращаться на ла- ер рядом с его выходным окном. Изменяя расстояние у от решетки

---

до экрана, добейтесь попадания максимумов первого и второго по­рядка на экран в пределах шкалы. На экране должна наблюдаться кар­тина, симметричная относительно нулевого максимума.

1. И мерьте расстояние у от дифракционной решетки до плос­кости экрана и положение x₀ мак­симума нулевого порядка по шкале на экране.

2. И мерьте расстояния x между центральным максимумом (нулево­го порядка) и остальными левыми и правыми максимумами, анесите их в табл. 6.1.

Диск	Порядок спектра	Хп - Х0	• хп - Хо sin ф= 1 2 2 +( Хп - Х0 )	d, мкм		X, нм		ДX, нм
CD d = 1,6 мкм	1 левый			1,6
	1 правый
	2 левый
	2 правый
	Среднее
DVD	1 левый							Дd
	1 правый
	Среднее

---

3. Определите значения синусов углов ф (рис. 6.6).

4. Зная период дифракционной решетки (CD-диска) d = 1,6 мкм, вычис­лите с помощью формулы (6.1) несколько з начений длины волны X лаз ерного излучения. Определите среднее значения (X) и случайную погрешность ДХ. Окончательный результат представьте в виде X = (X) ± ДХ.

5. Установите вместо части CD-диска часть DVD-диска, повторите из ме- рения, по известной длине волны X вычислите период решетки d DVD-диска.

6. Найдите по формуле (6.10) значения угловой дисперсии D и линейной дисперсии D_x использ ованных дифракционных решеток для всех наблюдаемых порядков.

Экран

с помощью отражающей дифракционной решетки

Таблица 6.2

m	9	ф и 9 1 9 О	к, нм		D, град/нм		Dx, мм/нм
1
2
3
• • .
Среднее
Погрешность

---

5. Работа с компьютерными моделями дифракции света

Откройте в Содержании раздел “Волновая оптика. 3.10. Спектральные при­боры. Дифракционная решетка”. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, в его конце щелкните по изображению модели дифракционной решетки (рис. 6.8). Установите параметры решетки и длину волны света соответствующими условиям опытов. Сравните картину на мониторе компьютера с положениями спектральных линий, наблюдаемыми в опытах. Выполните другие з адачи, ука­

занные преподавателем.

Модель 3.14. Дифракционная решетка

| Модель 3.13. Дифракционный предел разрешения

	у.мкьг	20,0 ’0° ф
1	1л	1 • •20 0
Я = [590~1ПИ ТЯИ0нм С' = 12.0 |йсн у=[ 6.0 |Й'СГ1рад		f = 20 см 7^=122 ЯЮ= = 3,6 10*5 рад

Рис. 6.8. Компьютерная модель Рис. 6.9. Компьютерная модель

про рачной дифракционной решетки дифракционного предела ра решения

Откройте в Содержании раздел “Волновая оптика. 3.9. Дифракционный пре­дел разрешения оптических инструментов”. Оз накомьтесь с теоретическим ма­териалом, щелкните по модели дифракционного предела ра решения (рис.6.9). Выполните адачи, ука анные преподавателем.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте принцип Г юйгенса - Френеля и объясните на его основе прямолинейность распространения света.

2. Расскажите о явлении дифракции.

3. Расскажите о дифракции Френеля, з онах Френеля и з онной пластинке.

4. Расскажите о дифракции Френеля на круглом отверстии.

5. Расскажите о разрешающей способности объектива (см. рис. 6.9).

6. Расскажите о дифракции Фраунгофера на дифракционной решетке.

7. Расскажите о распределении интенсивности в дифракционном спектре и

---

о ра решающей способности дифракционной решетки.

8. Расскажите о видах, свойствах и применении дифракционных решеток.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.7 ПОЛЯРОИДЫ И ЗАКОН МАЛЮСА

Цель работы: изучение поляриз ации света, методов получения, анализ а и применений поляри ованного света.

Приборы1 и принадлежности: источник света - лампа накаливания, по­ляроиды, люксметр с фотоэлементом, оптическая скамья.

Литература: [1, §§190-196], [2-6],[11, Т.1, с. 693, Т.2, с. 31-36;Т.4, с. 56-76],[17].

План работы1:

1. Изучение линейной поляриз ации света и поляриз аторов.

2. И учение явления дихрои ма, строения и применения поляроидов.

3. Изучение з акона Малюса.

4. Проверка з акона Малюса с помощью источника естественного света.

5. Из мерение угла Брюстера.

6. Работа с компьютерной моделью поляриз ации света.

1. Линейная поляризация света и поля ризаторы!

Световая волна является поперечной электромагнитной волной: вектор

напряженности электрического поля E и вектор напряженности магнитного

поля H располагаются в плоскости, перпендикулярной к направлению распро­странения волны - вектору плотности потока энергии (вектору Пойтинга)

S

EH

(рис. 7.1).

Рис. 7.1. Векторы E, H и S световой волны

Вектор E на ывается также световым вектором, поскольку при действии света на вещество основное влияние на электроны атомов ока ывает электриче­ское поле волны. Поляриз ация света - это физ ическая характеристика оптиче­ского и лучения, описывающая поперечную ани отропию световых волн, то есть аниз отропию в распределении световых векторов. Свет, в котором направ­ления колебаний светового вектора упорядочены каким либо образом называ­ется поляри ованным.

Понятие поляриз ация света введено в оптику И.Ньютоном в 1704-1706 г., а первые указ ания на поперечную аниз отропию (поляризацию) светового луча были получены в 1678 г. Х.Гюйгенсом* при опытах с кристаллами исландского шпата.

---