Изследване на интерференцията на светлината с помощта на бипризма на Френел
Целта на работата: да се изследва интерференцията на светлината в схемата на бипризма на Френел и да се измери дължината на вълната на лазерното лъчение по метода на интерференцията.
ВЪВЕДЕНИЕ
Ако две или повече вълни се наслагват една върху друга в дадена област на пространството, тогава при определени условия възниква явлението интерференция. В този случай на екрана се появява редуване на тъмни и светли ивици, разположени в зоната на припокриващи се светлинни вълни. Условия за наблюдение на интерференционната картина: нагъващите се вълни трябва да имат еднаква честота; същата посока на трептене; техните амплитуди не трябва да се различават много, т.е. вълните трябва да са кохерентни.Кохерентни се наричат вълни с непроменлива във времето фазова разлика и еднаква честота.
За получаване на кохерентни светлинни вълни се използва методът за разделяне на вълна от един източник на две части. Преминавайки през различни оптични пътища, двете части на светлинната вълна се наслагват в една област на пространството.
Светлината след пречупване в бипризма се разделя на два лъча, сякаш излъчвани от два въображаеми източникаS 1иS 2. Тези източници са кохерентни; следователно ще се наблюдава интерференчен модел в областта на припокриващи се лъчи. В равнинатаPQ, перпендикулярна на оптичната ос, интерферентната картина има формата на редуващи се светли и тъмни ивици. Ширината на интерферентната ивица се определя по формулата:
(1)
къдетоlе дължината на вълната на светлината,
l- разстояние между въображаеми източнициS 1иS 2;
L- разстоянието от източниците до равнината, в която се наблюдава интерференционната картина.
Разстояниетоlможе да се определи чрез познаване на ъгъла на пречупване на двупризмата Q и нейния индекс на пречупванеn. Както се вижда от фиг.1, ,и за малки ъгли; Тогава
(2)
От формули (1) и (2) получаваме израз за дължината на вълната:
(3)
Ширината на интерферентната ивица е малка, поради което за нейното определяне се използва късофокусна леща (фиг. 2), която дава на екрана5увеличено изображение на интерферентните ивици, които се появяват в областта между бипризмата и лещата.
Може да се види от фиг. 2, че ширината на интерферентната ивица, включена във формула (3), се изразява по отношение на ширината на ивица на екрана, както следва:
неизвестното разстояниеaможе да се намери с помощта на формулата за тънка леща:
(4)
Фигура 2 показва, че:
(5)
Замествайки изрази (4) и (5) във формула (3), накрая получаваме:
(6)
Познавайки индекса на пречупване на стъклото на двупризматаn, нейния ъгъл на пречупване Q, фокусното разстояние на лещатаfи измервайки ширината на интерферентната ивица на екрана и разстояниетоb,d,с, е възможно да се определи дължината на вълната на лазерното лъчение по формула (6).
ОПИСАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНАТА УСТАНОВКА
Всички елементи на лабораторната постановка са разположени на оптичната маса (фиг. 3).
Светлинният лъч, излизащ от лазера1, преминава през процепа2и пада върху двупризмата3. Обективът4се използва за получаване на увеличена картина на интерферентни ивици на екрана5.
КАК ДА СВЪРШИТЕ РАБОТАТА
1. Проверете правилността и последователността на инсталиране на устройствата на оптичната пейка.
2. Включете лазера с разрешението на учителя.Внимание! Излагането на окото на пикантно лазерно лъчение е опасно за зрението.
3. Премествайки бипризмата напречно на оптичната ос, донесете общата страна на бипризмата до средата на интензивната част на светлинния лъч.
4. С микровинтзадайте ширината на процепа така, че интерферентните ивици на екрана да са ясни и в същото време достатъчно ярки, не докосвайте микровинта при по-нататъшна работа.
5. Чрез преместване на бипризмата и лещата по оптичната ос изберете ширината на лентата, удобна за измерване на екрана.
6. На скалата на екрана измерете разстоянието между средните точки на произволни две тъмни ивици, разделени от m светли ивици. Измерванията се повтарят три пъти за различни двойки тъмни ленти.
7. Измерете разстоянияb,cиd.с помощта на линийка на оптична маса.
8. Измерванията, посочени в параграфи 6 и 7, се извършват три пъти, като се променят разстояниятаb,cиd, като се получава ясна картина на интерференционните ивици на екрана.
9. Запишете резултатите от измерванията и изчисленията в таблицата.