Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля

 

  Цель работы: изучить интерференцию света в схеме с бипризмой Френеля и измерить длину волны лазерного излучения интерференционным способом.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

   Если две или несколько волн накладываются  друг  на друга в ка-

кой-то области пространства, то при определенных условиях возникает явление интерференции. В этом случае на экране, помещённом в области наложения световых волн, возникают чередующиеся тёмные и светлые полосы. Условия наблюдения интерференционной картины следующие:

1) волны, которые накладываются друг на друга, должны иметь одинаковую частоту и одинаковое направление колебаний;

2) волны должны иметь неизменяющуюся во времени разность фаз.

  Волны с неизменяющейся во времени разностью фаз и одинаковой частотойназываются когерентными. Для получения когерентных световых волн применяется метод деления фронта волны от одного источника пополам. Пройдя разные оптические пути, обе части световой волны накладываются в одной области пространства, где возникает интерференционная картина.

I

  В данной работе для получения когерентных волн используется бипризма Френеля. Бипризма представляет собой две одинаковые, сложенные основаниями призмы с малым преломляющим углом Q (рис.1).

 

Рис. 1. Получение интерференционной картины с помощью

бипризмы Френеля

 

  Свет после преломления в бипризме разделяется на два пучка, как бы исходящих из двух мнимых источников S¹ и S². Данные источники когерентны, поэтому в области перекрывания пучков будет наблюдаться интерференционная картина. В плоскости PQ, перпендикулярной оптической оси, интерференционная картина имеет вид чередующихся светлых и темных полос. Ширина интерференционной полосы определяется по формуле:

                                                                                (1)

где l - длина волны света,

    - расстояние между мнимыми источниками S¹ и S²;

L - расстояние от источников до плоскости, в которой наблюдается интерференционная картина.

  Расстояние  можно определить, зная преломляющий угол бипризмы Q и ее показатель преломления n. Как видно из рис.1, для малых углов: , а ; тогда

                                                                        (2)

  Из формул (1) и (2) получим выражение для длины волны:

                                                          (3)

  Ширина интерференционной полосы  мала, поэтому для её определения в работе используется короткофокусная линза 4 (рис.2), дающая на экране 5 увеличенное изображение интерференционных полос, возникающих в области между бипризмой и линзой.

 

               

 

 

 

Рис. 2. Схема для наблюдения интерференции:

 

1- щель с микровинтом; 2 - бипризма Френеля;

3 - мнимое изображение; 4 - линза; 5 – экран; 6-источник света.

 

  Из рис.2. видно, что ширина интерференционной полосы  в формулу (3) выражается через ширину полосы на экране  следующим образом:

неизвестное расстояние а можно найти с помощью формулы для тонкой линзы:   откуда

следовательно,

                                                                                  (4)

Из рис.2 видно, что:

                   (5)

Подставив выражения (4) и (5) в формулу (3), получим окончательно:

 

                                                   (6)

 

  Зная показатель преломления стекла бипризмы n, её преломляющий угол Q, фокусное расстояние линзы f и измерив ширину интерференционной полосы на экране  и расстояния b, d, с, можно по формуле (6) определить длину волны лазерного излучения.