Изучение дифракции света Фраунгофера и осуществление пространственной фильтрации изображения

Цель работы: познакомить студентов с дифракцией Фраунгофера, измерить периоды решеток, изучить последовательность формирования линзой оптического изображения и осуществить пространственную фильтрацию изображения.

Приборы и принадлежности: дифрактометр ИФ-124, микроскоп МБИ-1, дифракционная насадка, репродукционная насадка, одномерные и двумерные объекты, объективный микрометр, щель в круглой оправе.

УПРАЖНЕНИЕ 1: Определение периода двумерных решеток

1. Поместили капроновую сетку в держатель рамки  и зафиксировали в выбранном положении рукояткой

2. Нa экране наблюдали дифракционную картину в виде симметричных точек. Передвигая лупу в продольном направлении, сфокусировали ее на дифракционную картину и четкое видение шкалы.

3. Измерили расстояние по оси Х от центра максимума нулевого порядка до центра максимума первого порядка в левую сторону Х’_ЛЕВ. затем в правую сторону Х’_ПР и нашли X’=.

4. Из формулы d_x sinφ= mλ определили период d_x, где m –порядок максимума, φ – угол дифракции,

F – фокусное расстояние дифракционного объектива.

Так как Х’ <<F, то в нашем случае  . Тогда d’_x =, где F=400 мм

5. Измерили расстояние Х” от центра максимума нулевого порядка до центра максимума второго порядка и Х''' до центра максимума третьего порядка и вычислили d''_x и d'''_x. Нашли среднее значение d_x=1,59*10^-3.

При этом для максимума второго порядка m=2, третьего порядка m=3. Цена одного деления шкалы =0.1 мм.

6. Аналогично провели измерения вдоль оси Y и вычислили среднее значение d_y=1,6*10^{-3 м}.

УПРАЖНЕНИЕ 2: Определение периода двумерных структур по логарифмическому графику

1.  Как и в первом упражнении, на экране  наблюдали дифракционную картину в виде симметричных точек.

2.  Измерили расстояние Х’ от центра максимума нулевого порядка до центра максимума первого порядка по оси Х и Y’ по оси Y.

3.  Используя логарифмический график для соответствующего увеличения 1^x по оси d нашли периоды двумерных структур, при этом. R= Х’ и R= Y’.

d_x=1,5*10^-3м

d_y=1,5*10^-3м

УПРАЖНЕНИЕ 3: Экспериментальное определение периода двумерных структур

1. Определили цену деления окулярного микрометра. Для этого на предметный столик микроскопа положили объективный микрометр. Совместили n=10 делений окулярного микрометра с N=8 делениями объективного микрометра. Цена деления окулярного микрометра равна =0,0125 мм.

2. На предметный столик микроскопа положили капроновую сетку, период которой нужно определить. Сфокусировали микроскоп на сетку и измерили вдоль оси Х период решетки (сумму прозрачного и непрозрачного участков) в делениях микроскопа. Учитывая цену делений окулярного микрометра, нашли d_x=к∙13=0,15 мм..

3. Повернули шкалу делений окулярного микрометра на 90 градусов и аналогично определили d_y=к∙13=0,15 мм._.

УПРАЖНЕНИЕ 4:Осуществление пространственной фильтрации изображения

1. Заменили дифракционный объектив репродукционным.

2. Вынули с дифракционного объектива окуляр и вставили его в оправу лупы.

3. Открыли крышку  и на матовом экране  с помощью лупы в оправе нашли изображение сетки. Путем продольного перемещения лупы сфокусировали ее на четкое виденье сетки и шкалы.

4. Столик масок  в круглой оправе поместили в щель, поворотом рычага разместили щель горизонтально. Щель помещена в фокальной плоскости линзы, где образовывается дифракционная картина.

5. Перемещением винта  вывели излучение лазера на середину щели.

6. На матовом экране, с помощью лупы в оправе, наблюдали изображение сетки в виде вертикальных полос. Горизонтальные полосы отсутствовали. Произошла фильтрации изображения.

7. Рычагом  повернули щель и разместилиее вертикально. Перемещением винта  вывели излучение лазера на середину щели.

8. На матовом экране  с помощью лупы вновь наблюдали изображение сетки в виде горизонтальных полос.

Вывод : ознакомились с дифракцией Фраунгофера, измерили периоды решетки  d_x=1,5*10^-3м   d_y=1,5*10^-3м, полученные результаты довольно точны, так как были подтверждены и другими экспериментами (упражнения 2 и 3). Изучили последовательность формирования линзой оптического изображения и осуществили пространственную фильтрацию изображения.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет им. Ф.Скорины»

Лабораторная  работа

на тему:

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА ФРАУНГОФЕРА И ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Выполнили:                                                                                Малащук С.С.

Пташинский А.С.

Проверил:                                                                                    

Гомель 2006