50065

Дослідження дифракції Фраунгофера на одній щілині

Лабораторная работа

Физика

Прилади і обладнання Гелій неоновий HeNе лазер типу ЛГ56 розсувна щілина екран з масштабною шкалою фотодіод механізм переміщення фотодіода пристрій для реєстрації електричного сигналу з фотодіода Опис установки Оптична схема установки для спостереження дифракції Фраунгофера від однієї щілини у світлі лазера наведена на рис. Результат дифракції у вигляді періодичного розподілу інтенсивності світла спостерігається на екрані 3 який розміщений на відстані l b2 від щілини 2 довжина хвилі випромінювання...

Украинкский

2014-01-15

1.37 MB

6 чел.


Лабораторна робота № 6

Дослідження дифракції Фраунгофера на одній щілині

Мета роботи

Дослідження дифракції Фраунгофера і встановлення закономірності розподілу інтенсивності лазерного випромінювання в дифракційній картині від вузької щілини

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть явищ інтерференції світла (§2.1.1) і дифракції світла (§2.2.1); вміти описати дифракцію Фраунгофера на одній щілині (§2.2.3)

Прилади і обладнання

Гелій – неоновий (He–Nе) лазер типу ЛГ–56, розсувна щілина, екран з масштабною шкалою, фотодіод, механізм переміщення фотодіода, пристрій для реєстрації електричного сигналу з фотодіода

Опис установки

Оптична схема установки для спостереження дифракції Фраунгофера від однієї щілини у світлі лазера наведена на рис. 1.

Паралельний пучок світла від He-Ne-лазера 1 падає нормально на щілину 2. Результат дифракції у вигляді періодичного розподілу інтенсивності світла спостерігається на екрані 3, який розміщений на відстані l>b2/ від щілини 2 ( довжина хвилі випромінювання лазера;  – ширина щілини).

Фотодіод 4 можна механічно переміщати горизонтально в межах 100 мм в обидва боки від його середнього положення за допомогою мікрометричного гвинта. Для реєстрації переміщення фотодіода до направляючих механічного вузла, який містить мікрометричний гвинт, прикріплена масштабна лінійка з ціною поділки 1 мм. 

1 НеNe лазер типу ЛГ56; 2 розсувна щілина; 3 екран з міліметровою шкалою;

4 фотодіод; 5 пристрій для реєстрації електричного сигналу з фотодіода; 6 блок живлення лазера.

Загальний вигляд лабораторної установки зображено на рис. 2.

Послідовність виконання роботи

  1.  Скласти оптичну схему у такій послідовності: лазер 1, розсувна щілина 2, екран 3. Щілину розмістити на відстані l~ 0,20 м від лазера, екран – майже на краю оптичної лави (див. рис. 2).
  2.  Увімкнути блок живлення 6 лазера 1 в мережу 220 В і після ~ 5 хв прогріву лазера натиснути кнопку “Випромінювання”. При цьому появиться лазерний промінь. УВАГА! Із–за використання високої напруги в лазері (до 5000 В) слід бути гранично уважним і акуратним при виконанні роботи: така напруга небезпечна для життя.
  3.  Встановити щілину 2 таким чином, щоб пучок випромінювання від лазера 1 падав перпендикулярно на щілину і симетрично перекривав її.
  4.  Змінюючи мікрометричним гвинтом ширину  щілини 2, отримати на екрані 3 чітку дифракційну картину. При цьому, відстань між мінімумами першого порядку повинна бути не менше 10 мм. УВАГА! Ні в якому разі не зводити мікрометричний гвинт до нуля – це веде до виходу з ладу щілини.

Рис. 2

1 HeNeлазер типу ЛГ 56 з довжиною хвилі випромінювання =0,63 мкм; 2 розсувна щілина; 3 екран з міліметровою шкалою; 4 фотодіод ; 5 пристрій для реєстрації електричного сигналу з фотодіода; 6 блок живлення лазера; 7 механічний вузол переміщення фотодіода.

  1.  За показами мікрометричного гвинта визначити ширину b щілини, виміряти відстань l від щілини 2 до екрана 3, а також відстані між першими , другими , третіми  і т.д. дифракційними мінімумами. Результати вимірювань записати в таблицю 1.
  2.  Розмістити на місці екрана 3 фотодіод 4 на рівні дифракційної картини.
  3.  Увімкнути пристрій 5, який призначений для реєстрації електричного сигналу з фотодіода 4 в мережу 220 В. Виміряти темновий струм  фотодіода .

Таблиця 1

№ з/п

1

2

3

сер.

хххх

  1.  Переміщаючи фотодіод 4 за допомогою мікрометричного гвинта вздовж дифракційної картини, зняти покази фотоструму  в прямому і зворотному напрямках переміщення фотодіода. Вимірювання фотоструму  проводити через 1 мм переміщення фотодіода. У випадку необхідності чутливість мікроамперметра змінити. Найменший відлік повинен відповідати не менше п’яти поділкам шкали мікроамперметра. Результати вимірювань записати в таблицю 2.
  2.  Побудувати графік розподілу інтенсивності світла  в дифракційній картині. При побудові графіка вважати, що інтенсивність світла є пропорційною до величини фотоструму  (врахувати значення темнового струм ). Значення  при малих кутах дифракції  ( відстань між положенням нульового максимуму і точкою на екрані, для якої робиться відлік фотоструму).
  3.  Проаналізувати графік залежності  та порівняти його з теоретичним графіком , наведеним на рис. 2.11 (§2.2.3). Зробити висновки.

  Таблиця 2

№з/п

1

2

3

4

5

6

7

20

Контрольні запитання

  1.  Що таке дифракція світла?
  2.  Чим відрізняється дифракція Фраунгофера від дифракції Френеля?
  3.  При якій умові будуть спостерігатися дифракційні максимуми і мінімуми у випадку дифракції Фраунгофера на одній щілині?
  4.  Промені якої довжини хвилі при дифракції на одній щілині відхиляються від початкового напрямку поширення найбільше?
  5.  Як розподіляється інтенсивність світла по дифракційним максимумам при дифракції Фраунгофера на одній щілині?
  6.  Яка картина буде спостерігатися на екрані, якщо ширина щілини , >>?