Вказівки до виконання роботи. Контрольні запитання

Лабораторна робота № 5.2. ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФРАКЦІЙНИХ ҐРАТ

Контрольні запитання

1. Яке оптичне явище називають інтерференцією?

2. Що таке хвильовий фронт?

3. Які джерела називають когерентними?

4. Що таке довжина когерентності? Яку величину називають радіусом когерентності?

5. Що таке оптична довжина шляху та оптична різниця ходу?

6. Яким чином та за яких умов виникають інтерференційні максимуми та мінімуми?

7. Побудуйте хід променів у біпризмі Френеля.

8. Яким чином виникають кольори тонких плівок?

9. Чи зміниться ширина інтерференційних смуг у разі наближення окулярного мікрометра до біпризми?

10. Які методи отримання інтерференції вам відомі?

11. Наведіть приклади інтерференційних картин у природі.

Мета роботи: вивчити явище дифракції; визначити за допомогою дифракційних ґрат довжину світлової хвилі; визначити товщину люд-ської волосини за дифракційною картиною.

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: дифракція хвиль; дифракція в паралельних променях; дифракційні ґрати та їхні характеристики.

Література: [ 1, т.3 §§ 4.1–4.5; 2, §§ 176–181; 3, §§ 12.4–12.6; 4, т.2 §§ 125–130].

Перед виконанням ознайомитись з вказівками до роботи № 5.1.

Дифракцією називають явища, пов’язані з огинанням хвилями перешкод, які трапляються на їхньому шляху, або, в більш широкому розумінні, явища, пов’язані з будь-яким відхиленням від законів геометричної оптики в процесі поширення світла. Для пояснення явища дифракції Гюйгенс сформулював принцип, згідно з яким кожна точка простору, до якої доходить хвильовий фронт, стає центром вторинних когерентних хвиль, а огинаюча цих хвиль дає положення хвильового фронту в наступний момент часу.

Френель доповнив принцип Гюйгенса ідеєю інтерференції
вторинних хвиль. Він запропонував поділити сферичний хвильовий фронт на зони таким чином, щоб відстань від країв зон (когерентних джерел хвиль) до точки спостереження М (рис. 5.2.1) відрізнялась на . Тоді залежно від кількості зон в точці М може спостерігатись посилення або послаблення інтенсивності хвиль в разі їхнього накладання.

Якщо ширина перешкоди (наприклад, щілина) дорівнює b, відстань від неї до точки спостереження – l, а довжина хвилі – l, то параметр визначає число зон Френеля m, які відкриває ця перешкода. Отже, дифракцію можна спостерігати лише тоді, коли m <<1 (дифракція Фраунгофера), або за m ~ 1 (дифракція Френеля). Якщо m >>1, то справджуються закони
геометричної оптики.

Найбільше практичне значення має дифракція, яку спостерігають в паралельних променях (дифракція Фраунгофера) під час проходження світла через одномірні дифракційні ґрати (рис. 5.2.2).

Дифракційні ґрати – це система паралельних щілин однакової ширини, які лежать в одній площині і розділені однаковими за шириною непрозорими проміжками. Якщо а – ширина непрозорої частини, а b – ширина прозорої щілини, то сума d = b + a має назву сталої (періоду) дифракційної решітки.

Якщо кількість прозорих щілин грат на одиниці довжини l буде N (число штрихів), то сталу дифракційних ґрат знаходять за співвід-ношенням: . (5.2.1)

Нехай на дифракційні ґрати падає плоска світлова хвиля (рис. 5.2.1). Згідно з принципом Гюйгенса – Френеля кожна точка цього фронту є джерелом вторинних сферичних когерентних хвиль. Внаслідок цього усі точки кожної щілини випромінюють сферичні хвилі. Візьмемо, наприклад, точки, що лежать біля країв усіх щілин і розглянемо промені, які виходять під кутом до напряму поширення плоскої хвилі (кути дифракції будемо вважати малими). Освітленість у точці 0 на екрані буде результатом інтерференції усіх променів. З рис. 5.2.1 видно, що між променями 1 та 2 виникає різниця ходу:

.

Якщо на цій різниці ходу вкладається ціле число довжини хвиль, виникає інтерференційний максимум. Таким чином, умовою основних дифракційних максимумів є:

, (5.2.2)

де − стала ґрат; − кут дифракції; − порядок дифракційного максимуму; − довжина світлової хвилі.

Дата добавления: 2015-05-24