Лабораторный практикум по оптике, содержащий описание 21 лабораторной работы, страница 32

1.  Пользуясь графиком, полученным в упражнении III, по формуле (7.7) находят поляризуемость газовой смеси.

2.  По формуле (7.8) рассчитывают показатели преломления при давлениях, использованных в опыте, и строят график зависимости .

3.  Измерив комнатную температуру и давление по барометру при данной температуре, по формуле (7.11) вычисляют показатель преломления воздуха при нормальных условиях.

4.  По формуле (7.7) определяют поляризуемость газовой смеси.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.  Когерентность. Способы осуществления когерентности в оптике.

2.  От чего зависит расстояние между интерференционными максимумами и минимумами?

3.  Основные типы используемых интерферометров и их принципиальные схемы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ ФРАУНГОФЕРА ПРИ ПОМОЩИ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА

Цель работы: a) наблюдение дифракции на различных объектах; б) исследование дифракции на одномерной и двумерной решетках.

Приборы и принадлежности: газовый лазер, набор дифракционных объектов, экран, фотоэлемент, микроамперметр.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

К волновым свойствам света относится и явление дифракции. Дифракционная картина есть результат интерференционного перераспределения энергии по различным направлениям, наблюдаемое в виде чередующихся максимумов и минимумов освещенности.

Дифракционная картина, полученная с помощью круглых отверстий, обладает центральной симметрией и имеет вид чередующихся светлых и темных колец. Дифракционная картина, полученная с помощью щели, представляет собой чередующиеся максимумы и минимумы. Условия максимумов дифракции от щели удовлетворяют условию

                             (11.1)

где a – ширина щели,  – угол дифракции, к = 1,2, 3… .

Дифракционная решетка, представляющая собой совокупность щелей, дает более сложную картину. Она является результатом дифракции от одной и интерференции от многих щелей. Дифракционная картина имеет N–2 дополнительных максимумов и N–1 минимумов, расположенных между главными максимумами. Условие главного максимума имеет вид

 ,                                (11.2)

где d – постоянная решетки,  – угол дифракции,  – длина волны,
m = 0,1,2,3… .

Интенсивность главных максимумов ослабевает по мере увеличения угла дифракции (рис. 11.1).

Рис. 11.1.

Если две одномерные решетки наложить друг на друга так, чтобы щели были взаимно перпендикулярны, то образуется двумерная решетка. Применяя теорию одномерной решетки, можно записать условия главных максимумов для взаимно перпендикулярных направлений:

       и        ,

где и  – порядки дифракционных максимумов; d_x и d_y – периоды решеток;  и  – соответствующие углы дифракции.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Источником света в работе служит гелий-неоновый лазер
(l=632,8 нм). В качестве объектов исследования используют регулируемую щель, экраны с круглыми и прямоугольными отверстиями, нити, одномерные и двумерные решетки, закрепленные в рейтере на оптическом рельсе. Дифракционную картину наблюдают на экране. Для измерения фототока используют фотодиод ФД-3 с микроамперметром.

Принцип генерации света в лазерах

При помощи лазера (ОКГ) можно получить узкий направленный пучок, имеющий большую интенсивность монохроматического света. Это связано с тем, что в лазерах, в отличие от обычных источников света, излучения отдельных атомов когерентны. Если число излучающих атомов N, то интенсивность света в пучке I =N²i.

Рабочим веществом лазера является прозрачная для генерируемого света среда (кристалл, либо вещество в газообразном или жидком состоянии).

В лазерах искусственным путём создаются условия, при которых число атомов в возбуждённом состоянии больше, чем число атомов в стационарном состоянии. При этих условиях процессы вынужденного излучения атомов будут превалировать над процессами поглощения. Исходный фотон будет порождать интенсивный направленный поток когерентных фотонов – в этом заключается принцип генерации света в лазерах.

Устройство и принцип действия гелий-неонового лазера ЛГ/38