Изучение интерференции световых волн

С помощью бипризмы Френеля

Цель работы: проверить основные соотношения теории интерференции, определить длину волны лазерного излучения.

Оборудование: модули: микропроектор 2, конденсор 5, объектив 6, кассета в двухкоординатном держателе 8; объекты: бипризма 11.

Основные сведения по интерференции света приведены в разделе 4.1 описания предыдущей лабораторной работы.

Краткая теория

Бипризма Френеля

Бипризма – это два совмещенных клина с малым углом между гранями (рис. 5.1.). Если пучок света падает на бипризму, то лучи, прошедшие через бипризму, будут разнесены на угол . Если свет выходит из точечного источника , то после бипризмы получаем пучки света, выходящие из двух мнимых источников и , разнесенных на расстояние

. (5.1)

Поместив после бипризмы экран Э2 (рис. 5.2), будем наблюдать на нем интерференционную картину в виде чередующихся темных и светлых полос. Ширина полосы:

. (5.2)

Ширина зоны интерференции (область перекрытия пучков, прошедших через две половины бипризмы):

(5.3)

Число полос в зоне интерференции:

. (5.4)

Задание. Измерение ширины интерференционной полосы,

Расстояния между мнимыми источниками

И длины волны излучения лазера

Рис .5.3.

Схема опыта приведена на рис. 5.3. Входная линза-конденсор Л1 (модуль 5) формирует «точечный источник», бипризма БП дает интерференционную картину в объектной плоскости Э2 линзы Л2 микропроектора (модуль 2). Картина наблюдается в увеличенном виде на экране Э3 установки (на рисунке игнорируется излом лучей зеркалом микропроектора).

Эксперимент

1. Проверив юстировку, установите на оптическую скамью конденсор (модуль 5) вблизи излучателя, двухкоординатный держатель (модуль 8) с бипризмой Френеля (объект 11) на расстоянии 3 – 6 см от конденсора и микропроектор (модуль 2) на отметку 67 см.

2. Разместив объектив (модуль 6) между бипризмой и микропроектором, найдите его положения, при котором на экране установки получается изображение 2-х мнимых источников, формируемых бипризмой. По шкале на экране измерьте координаты изображений мнимых источников x₃ и х₄. Измерьте также расстояние от конденсора до объектива а и расстояние от объектива до микропроектора b.

3. По полученным данным рассчитайте расстояние между мнимыми источниками , где β = 18 – увеличение микропроектора, - увеличение объектива.

4. Сняв объектив, подберите положение микропроектора (обычно это 5 – 10 см от бипризмы), при котором интерференционная картина расположена удобно для измерений. Необходимо наблюдать зону интерференции (область интерференционных полос) полностью. В процессе измерений можно смещать изображения на экране регулировочными винтами держателей.

5. Получив на экране установки интерференционную картину (при определении поперечных размеров не забывайте учитывать коэффициент увеличения микропроектора ), измерьте ширину полосы Δx (модуль разности координат двух темных полос, и , разнесенных на несколько светлых полос, разделите на это число полос : ), ширину H зоны интерференции: (х₁ и х₂ – координаты границ зоны интерференции), а также продольные расстояния l₁ и l₂.

6. Определите длину волны света по формуле: .

7. Подсчитайте общее число интерференционных полос и сравните результат вычислений N по формуле (5.4) с экспериментальным результатом.

8. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицы:

Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Назовите условия получения и наблюдения интерференции света.

2. Какие вам известны способы получения двух когерентных пучков из одного?

3. Что называется бипризмой Френеля? Какими параметрами характеризуется бипризма?

4. Каков механизм возникновения интерференционной картины в опыте с бипризмой Френеля?

5. Почему в работе используется точечный источник света? Как он создается?

6. Почему при расчете увеличения объектива β₁ в качестве расстояния а от мнимых источников света, созданных бипризмой, до линзы объектива берется расстояние от конденсора до объектива?

Лабораторная работа №6

Дифракция Френеля

Цель работы: экспериментально изучить дифракцию Френеля на диске и на круглом отверстии.

Оборудование:модули: микропроектор 2, линза-конденсор 5, объектив 6, двухкоординатный держатель 8; объекты: диск 15, экран с круглым отверстием 18, свободный экран 45.

Краткая теория