Определение длины волны лазерного излучения с помощью интерференции света, прошедшего через

 

БИПРИЗМУ ФРЕНЕЛЯ

 

Цель работы: определить длину волны лазерного излучения с по-мощью интерференции на бипризме Френеля.

 

Приборы и принадлежности: оптическая скамья;неоновый лазерЛГ-72; источник питания лазера ИП-10; щелевая диафрагма; бипризма

 

Френеля; cобирающая линза; экран.
Теоретическое введение
Бипризма Френеля представ-
ляет собой две призмы с малыми
преломляющими углами, сложен-
ные основаниями (рис. 3.1).
Свет от щели S после прелом-
ления в бипризме делится на два	Рис. 3.1
перекрывающихся пучка, исходящих

от двух мнимых изображений щели S ₁ и S ₂, являющихся когерентными

 

источниками. При этом за призмой в области пересечения пучков наблю-дается интерференционная картина в виде чередующихся светлых и тем-ных полос, параллельных щели S.

В данной лабораторной работе используется установка, схема кото-рой изображена на рис. 3.2. На оптической скамье 6 установлено: 1 – ла-зер; 2 – щелевая диафрагма; 3 – бипризма Френеля; 4 – короткофокусная собирающая линза; 5 – экран; 6 – оптическая скамья. Линзу 4 используют для получения увеличенного изображения на экране 5 интерференцион-ных полос, возникающих в области между бипризмой 3 и линзой 4.

 

Рис. 3. 2

 

Неоновый лазер ЛГ-72 излучает узкий пучок 1,5 мм монохромати-

 

ческого света с длиной волны.
В данной установке связь между длиной волны излучения	и ши-
риной интерференционной полосы Δy	на экране определяется выраже-
нием
λ=	2а(n 1)βfΔy		,	(3.1)
	(а+c)(b f) bf

где a – расстояние между щелью S и бипризмой; n – показатель прелом-

ления стекла бипризмы;	– преломляющий угол бипризмы; Δy – ширина
интерференционного максимума на экране;	f –фокусное расстояние линзы; c
– расстояние между бипризмой Френеля и собирающей линзой;	b –рас-
стояние между собирающей линзой и экраном.
Порядок выполнения работы
1. Установить	приборы на	оптической скамье	согласно

рис. 3. 2 (местоположение приборов определить по метке на ноге штати-ва). На расстоянии 5...10 см от лазера 1 поместить щелевую диафрагму 2, за ней на расстоянии З0...40 см – бипризму Френеля 3, далее на расстоя-нии 50...70 см – линзу 4 и, наконец, на расстоянии 20...30 см от линзы –

 

экран 5. Оптические оси всех размещенных приборов должны находиться на одной высоте. Окончательную центровку приборов осуществляют при вклю-ченном лазере.

 

2. Включить лазер.

3. Отъюстировать установку, добиваясь, чтобы луч лазера попадал на щель 2 и грань бипризмы 3, а светящаяся полоска с интерференцион-ными полосами в пучке лучей за бипризмой попала в центр короткофокус-ной линзы 4.

 

Перемещая вдоль оптической скамьи бипризму 3 и линзу 4, добить-ся на экране 5 отчетливой интерференционной картины (она имеет вид вертикальных, чередующихся темных и светлых полос). При юстировке следует помнить, что прямой лазерный луч не должен попадать в глаз.

 

4. С помощью шкалы на экране 5 измерить расстояние y между ярко

 

выраженными крайними светлыми (темными) полосами

 

(m = 5... 10).

5. Рассчитать среднее значение ширины интерференционной поло-

 

сы

Δy= ^y. m 1

 

6. Измерить расстояния a, b, c по шкале на оптической скамье.

 

7. Используя полученные значения Δy, a, b, c, по формуле (3.1)

 

рассчитать (n = 1,457; = 6,4∙10^-3 рад; f = 35,83 мм).

 

8. Изменить на оптической скамье положение бипризмы и линзы, добиться новой четкой интерференционной картины. Повторить пп. 4 - 6 и еще раз рассчитать.

 

9. Найти среднее значение длины волны лазерного излучения.

10. Сделать выводы.

 

Контрольные вопросы

 

Вариант 1

 

1. В чем заключается явление интерференции света? Почему не наблюдается интерференция от двух независимых источников света?

 

2. По какой причине два независимых источника света являются не-когерентными?

 

3. Что такое полосы равного наклона?

4. Где в природе встречается явление интерференции?

 

Вариант 2

 

1. Что такое когерентные волны?

2. Опишите опыт с бипризмой Френеля. Что явлется в нем когерент-ным источником?

 

3. Напишите общие условия интерференционных максимумов и ми-

 

нимумов.

 

4. Как с помощью явления интерференции можно проверить каче-ство обработки поверхности?

 

 

Лабораторная работа № 3-04

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА ОТ ДВУХ ЩЕЛЕЙ

 

Цель работы: измерить длину волны лазерного излучения с помо-щью интерференции света от двух щелей.

Приборы и принадлежности: оптическая скамья;неоновый лазерЛГ-72; источник питания лазера ИП-10; экран с двумя щелями; короткофо-кусная собирающая линза.

 

Теоретическое введение

 

В опыте Юнга цилиндрическая световая волна, испускаемая источ-ником S, падает на две уз-кие близко расположенные щели S₁ и S₂ (рис. 4.1).

 

Рис. 4.1

 

 

Lm y_m, d

Максимальная освещен-ность на экране наблюда-ется в точках, для которых выполняется условие

 

m,

где – оптическая раз-ность хода лучей; m – це-

 

лое число (m = 0; ±1; ±2…);

– длина волны. Коорди-наты этих точек:

 

где L – расстояние от плоскости, в которой находятся щели S1	и S2, до
экрана; d – расстояние между центрами щелей.
Расстояние между соседними максимумами, т.е. ширину темной ин-
терференционной полосы, можно определить по формуле
Δy= y m+1 y m =	Lλ	.
d
Следовательно, длина волны
λ=	Δyd	.		(4.1)
	L

Таким образом, используя схему Юнга, можно определить длину волны излучения.

Схема лабораторной установ-
ки изображена на рис. 4.2, где 1 -
лазер; 2 – экран с двумя щелями; 3
– собирающая линза; 4 – экран с
масштабной шкалой.
Неоновый лазер ЛГ-72 излуча-
ет узкий пучок (1,5 мм) монохро-
матического света с длиной волны
.			Рис. 4.2
Для данной установки	связь
	Δy на
между длиной волны и шириной интерференционной полосы
экране имеет вид	fΔyd
λ=		,		(4.2)
	c(b f) bf

где f – фокусное расстояние линзы; c – расстояние между экраном с двумя щелями и собирающей линзой; b – расстояние между собирающей лин-зой и экраном.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Установить приборы на оптической скамье согласно рис. 4.2, на расстоянии 5…10 см от лазера 1 поместить экран со щелями 2, далее на расстоянии 25…30 см – линзу 3 и на расстоянии 15...20 см от линзы – экран 4. Оптические оси всех размещенных приборов должны находиться на одной высоте. Окончательную центровку приборов осуществляют при включенном лазере.

 

2. Включить лазер.

3. Отъюстировать установку, добиваясь, чтобы луч лазера проходил через экран с двумя щелями 2, а затем в центр короткофокусной линзы 3. Перемещая вдоль оптической оси линзу 3, добиться, чтобы на горизон-тальной шкале экрана 4 наблюдалась отчётливая картина вертикально расположенных интерференционных полос. При юстировке следует пом-нить, что прямой лазерный луч не должен попадать в глаз.

 

4. Определить среднее значение ширины интерференционной поло-сы Δy. Для этого с помощью шкалы на экране 4 измерить расстояние y

 

между серединами крайних m = 5... 10 светлых полос. Тогда среднее зна-чение ширины темной полосы

Δy= ^y. m 1

 

5. Измерить расстояния b и c по шкале на оптической скамье.

 

 

6. Используя полученные значения Δy, b и c, по формуле (4.2) рас-считать. Фокусное расстояние линзы f = 35,83 мм.

 

7. Изменить положение экрана 2 и линзы 3, добиться новой четкой интерференционной картины. Повторить пп. 4 – 6 и получить.

8. Найти среднее значение длины волны лазерного излучения.

9. Сделать выводы.

 

Контрольные вопросы

 

Вариант 1

 

1. Какой свет называется монохроматическим?

2. Какие существуют методы получения интерференционных картин?

3. В чем состоит причина уменьшения видимости интерференцион-ной картины при увеличении размеров источника?

 

4. Приведите примеры использования интерференции в измери-тельных приборах.

 

Вариант 2

 

1. Что понимают под порядком интерференции?

2. Почему максимум нулевого порядка в интерференционной картине от источника белого света белый?

 

3. Какая картина наблюдается на экране при прохождении света че-рез препятствие в виде двух щелей? Объясните эту картину.

 

4. Приведите примеры использования интерференции для получе-ния высокоотражающих покрытий.

 

Лабораторная работа № 3-05