Вивчення інтерференції світла за допомогою біпризми Френеля
Мета роботи: вивчення інтерференції світла у схемі з біпризмою Френеля та вимірювання довжини хвилі лазерного випромінювання інтерференційним способом.
ВСТУП
Якщо дві або кілька хвиль накладаються одна на одну в якійсь області простору, то за певних умов виникає явище інтерференції. У цьому випадку на екрані, розміщеному в області накладання світлових хвиль, з'являється чергування темних і світлих смуг. Умови спостереження інтерференційної картини: хвилі, що складаються, повинні мати однакову частоту; однаковий напрямок коливань; Амплітуди їх не повинні сильно відрізнятися, тобто хвилі повинні бути когерентними.Когерентними називають хвилі з незмінною в часі різницею фаз і однаковою частотою.
Для отримання когерентних світлових хвиль застосовується метод поділу хвилі від джерела на частини. Пройшовши різні оптичні шляхи, обидві частини світлової хвилі накладаються на одній області простору.
Світло після заломлення в біпризмі поділяється на два пучки, як би виходять із двох уявних джерелS 1іS 2. Дані джерела є когерентними, тому в області перекривання пучків спостерігатиметься інтерференційна картина. У площиніPQ, перпендикулярної оптичної осі, інтерференційна картина має вигляд світлих і темних смуг, що чергуються. Ширина інтерференційної лінії визначається за формулою:
(1)
деl- довжина хвилі світла,
l- відстань між уявними джереламиS 1іS 2;
L- відстань джерел до площині, у якій спостерігається інтерференційна картина.
Відстаньlможна визначити, знаючи заломлюючий кут біпризми Q та її показник заломленняn. Як видно з рис.1, ,а для малих кутів; тоді
(2)
З формул (1) і (2) отримаємо вираз для довжини хвилі:
(3)
Ширина інтерференційної смуги мала, тому для її визначення в роботі використовується короткофокусна лінза (рис.2), що дає на екрані5збільшене зображення інтерференційних смуг, що виникають в ділянці між біпризмою та лінзою.
З рис.2 видно, що ширина інтерференційної лінії , що входить у формулу (3), виражається через ширину лінії на екрані наступним чином:
невідому відстаньаможна знайти за допомогою формули для тонкої лінзи:
(4)
З рис.2 видно, що:
(5)
Підставивши вирази (4) і (5) у формулу (3), отримаємо остаточно:
(6)
Знаючи показник заломлення скла біпризмиn, її заломлюючий кут Q, фокусна відстань лінзиfта вимірявши ширину інтерференційної смуги на екрані та відстаньb,d,с, можна за формулою (6) визначити довжину хвилі лазерного випромінювання.
ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ
Усі елементи лабораторної установки розміщуються на оптичній лаві (рис.3).
Пучок світла, що виходить із лазера1, проходить через щілину2і падає на біпризму3. Лінза4використовується для отримання на екрані5збільшеної картини інтерференційних смуг.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Перевірити правильність та послідовність установки приладів на оптичній лаві.
2. Включити лазер із дозволу викладача.Увага! Попадання в око пряного лазерного випромінювання є небезпечним для зору.
3. Переміщуючи біпризму впоперек оптичної осі, вивести загальну грань біпризми на середину інтенсивної частини світлового пучка.
4. За допомогою мікрогвинтавстановлюють таку ширину щілини, щоб інтерференційні лінії на екрані були чіткими і в той же час досить яскравими, в подальшій роботі мікрогвинт не чіпати.
5. Переміщуючи біпризму та лінзу вздовж оптичної осі, підбирають зручну для вимірювання ширину смуги на екрані .
6. За шкалою на екрані вимірюють відстань між серединами двох будь-яких темних смуг, розділеними m світлими смугами. Вимірювання повторюють три рази для різних пар темних смуг.
7. По лінійці на оптичній лаві вимірюють відстаніb,стаd.
8. Вимірювання, зазначені в пунктах 6 і 7, провести три рази, змінюючи відстаніb,стаd, отримуючи чітку картину інтерференційних смуг на екрані.
9. Результати вимірювань та розрахунків занести до таблиці.