Визначення періоду дифракційної решітки

1 Мета: Визначити період дифракційній решітки просторову частоту

2 Завдання:

2.1 Роздивитись та налагодити пристрій.

2.2 Визначити tgθ за формулою: tg θ = b / a

2.3 Виконати роботу, та розрахувати період дифракційної решітки за формулою

 

d=m•λ / sin θ

2.4 Розрахувати просторову частоту за формулою N = 1 / d

2.5 Відповісти на контрольні питання.

Обладнання

3.1. Лазерний випромінювач з довжиною хвилі λ=635нм.

3.2 Дифракційна решітка.

3.3 Оптична mini- лава.

3.4 Екран.

Вказівки на теоретичний матеріал

4.1 Дифракція світла (Л2.с.335)

4.2 Дифракційна решітка.Вимірювання довжини світлової хвилі (Л2.с.339)

Теоретичні положення

Дифракцією називається огинання хвилями перешкод, що зустрічаються на їх шляху, або у більш широкому розумінні будь яке відхилення розповсюдження хвиль поблизу перешкод від законів геометричної оптики. Завдяки дифракції хвилі можуть потрапляти у область геометричної тіні, огинати перешкоди, проникати через невеликі отвори в екранах і т. п.

Явище дифракції пояснюється за допомогою принципу Гюйгенса, згідно якого кожна точка, до якої доходить хвиля, є центром вторинних хвиль, а огинаюча цих хвиль дає положення хвильового фронту у наступний момент часу.

Явище дифракції характерно для хвильових процесів. Велике практичне значення має дифракція, що спостерігається при проходженні світла через одномірну дифракційну решітку - систему паралельних щілин рівної ширини, що лежать в одній площині і розділенні рівними завширшки непрозорі" • проміжками

Дифракційна картина на решітці визначається як результат взаємної інтерференції хвиль, що ідуть від усіх щілин, тобто в дифракційній решітці використовується багатопроменева інтерференція когерентних дифрагованних променів світла, що йдуть від усіх щілин.

Роздивимось дифракційну решітку (Рисунок 1).

Рисунок 1

 

M N C D

Д. Решітка

Лінза

Екран

 

Період дифракційної решітки:

 

d = a + b

де а, Ь - ширина прозорого і непрозорого проміжків. Так як щілини знаходяться одна від одної на однакових відстанях, то різниця хода променів, що йдуть від двох сусідніх щілин, будуть для даного напряму ф однакові в межах всієї дифракційної решітки:

Δ=CF=(a + b) sin φ = d sin φ

Отже, ті напрями, в яких ідуть промені, що створюють світлі смуги на екрані, характерні тим, що в різниці ходу променів від сусідніх щілин завжди вкладається m довжин хвиль, де m - ціле число. Отже, маємо формулу дифракційної решітки:

(5.1)

m λ = d. sin φ

 

Формула (5.1) справедлива і при m=0: проти центра решітки на екрані також буде світла смуга. Кожну з світлих ліній на екрані називають максимумом, а значення т, яке їй відповідає - його порядком. Отже, проти

центру решітки видно найяскравіший максимум нульового порядку, з обох боків від нього на однакових відстанях видно менш яскраві максимуми першого порядку, потім менш яскраві максимуми другого порядку і т.д. Дослід показує, що всі ці максимуми розміщенні на однакових відстанях один від одного.

Розподіл випромінювання за частотами коливань (за довжинами хвиль) називають спектром цього випромінювання Спрямовуючи на решітку біле світло можна добути його спектр. Він складається з усіх кольорів радуги.

Дифракційну решітку можна використати для визначення складу світлового випромінювання, бо світло яке відповідає різним довжинам хвиль, дає максимум в різних місцях екрана.

Порядок виконання роботи

6.1 Ввести у промінь лазерного діода дифракційну решітку
перпендикулярно до осі проміння.

6.2 Встановити відбиваючий екран перпендикулярно до лазерного проміння.

6.3 Виміряти відстань "b" від "О'' порядку дифракції до m-го порядку, за.

допомогою вимірювальної шкали на екрані (дивись рисунок 2).

6.4 Виміряти відстань "a" від дифракційної решітки до екрана.

6.5 Розрахувати кут дифракції "θ" для m - го порядку tg θ=b/а. По
результатах вимірювань розрахувати період дифракційної решітки за
формулою 6.1.

d = m • λ / tg θ (6.1)

6.6 Розрахувати просторову частоту дифракційної решітки за формулою

 

N = /d (6.2), де =1 мм,d - період решітки.

6.7 Повторити дослід 3 рази.

6.8 Усі вимірювання та розрахунки занести до таблиці.

6.9 Порівняти отриманий результат з паспортними даними на дифракційну решітку.

6.10 Таблиця – Результати вимірювань та розрахунків:

№	Довжина хв.	Від- стань   a,м	Відстань в,м		Порядок макс.   m	Період d	N

7 Контрольні запитання:

7.1 В чому полягає явище інтерференції та дифракції світла?

7.2 Як визначити найбільший порядок спектра дифракційної решітки?

7.3 Чому при використанні білого світла лише центральний максимум білий, а всі бокові райдужно офарбовані?

7.4 Розв’язати задачу: Визначити кількість штрихів на

1 мм дифракційної рещітки, якщо куту π/2 відповідає максимум п'ятого порядку для монохроматичного світла з довжиною хвилі 0,5 мкм

7.5 Сформулювати закони відбивання і заломлення світла.

8 Література: 8.1. Жданов Л.С. Жданов ГЛ. "Фізика"

8.2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. 2004.-560 с.

 

9 Висновок: зробити самостійно.

10 Домашнє завдання: Л2, П182,с343.

 

Лабораторна робота №5

Вивчення принципу роботи ОКГ(лазера)

1 Мета. Вивчити принцип роботи ОКГ (лазера)

2 Обладнання. 2.1 Лазер;

2.2 Дифракційна решітка;

2.3 Призма.

3 Завдання. 3.1 Вивчити принцип дії ОКГ;

3.2 Спостерігати розклад монохроматичного світла дифракційною решіткою у спектр.

3.3 Спостерігати відхилення променю призмою.