Учебное пособие: Оптическая физика

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1 Определение расстояния между щелями в опыте Юнга

Лабораторная работа №2 Определение длины световой волны интерференционным методом

Лабораторная работа №3 Определение длины световой волны дифракционным методом

Лабораторная работа №4 Исследование закона Малюса

Лабораторная работа №5 Определение концентрации сахара в водном растворе поляризационным методом

Лабораторная работа №1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ЩЕЛЯМИ В ОПЫТЕ ЮНГА

Цель работы: экспериментально определить расстояние между щелями в опыте Юнга с использованием лазерного источника излучения.

Приборы и принадлежности: оптическая скамья, полупроводниковый (GaAs) лазерный источник света, фотолитографический тест-объект МОЛ-02 с нанесенными на него парами щелей, зеркало, экран.

Теоретическая часть работы

1.Общая теория явления интерференции

В обычных условиях в пространстве распространяется одновременно бесчисленное множество световых волн от различных источников излучения или волн, отраженных и рассеянных поверхностями предметов. Из опыта мы знаем, что такое взаимное наложение друг на друга всего бесконечного множества излучений не мешает их распространению в пространстве, так как видимые нами предметы совершенно не искажаются, несмотря на то, что свет, приносящий в глаз информацию о внешних предметах, на своем пути много раз пересекался с другими световыми лучами.

При взаимодействии световых излучений особый интерес представляет сложение двух волн одинаковой частоты. Это явление называется интерференцией, и заключается в том, что в одних местах волны усиливают друг друга, а в других ослабляют.

Рассмотрим математически сложение двух волн одинаковой частоты, имеющих одно и то же направление колебаний, так как это наиболее простой случай сложения двух линейно-поляризованных монохроматических волн. Ради упрощения математических выкладок мы предположим, что амплитуды волн равны. Тогда уравнения обеих волн запишутся в виде:

,

, (1)

где r₁ и r₂ - расстояния от источников I₁ и I₂ до точки наблюдения сложения волн; Ф₁ и Ф₂ - начальные фазы колебаний в источниках излучений; k - волновое число. Согласно принципу суперпозиции напряженность результирующего колебания Е будет равна алгебраической сумме напряженностей рассматриваемых колебаний, т. е.:

. (2)

Величину называют разностью хода интерферирующих лучей.

В формуле (2) первый тригонометрический множитель представляет собой выражение, определяющее зависимость Е от времени. Он показывает, что результирующее поле изменяется с той же самой частотой, что и слагаемые поля, а фаза, зависящая от расстояния и от начальных условий в источнике, есть среднее арифметическое аналогичных фаз у отдельных источников. Второй множитель не зависит от времени, поэтому величину

, (3)

считают амплитудой результирующей волны в рассматриваемой точке. Если теперь подсчитать амплитуду мощности волны, определяемую для 1 см² поверхности волны вектором Умова-Пойтинга, то будем иметь:

. (4)

Заменим через интенсивность волны I,а через амплитуду интенсивности I₀ , тогда выражение (4) примет вид:

. (5)

Из формулы (5) вытекают важные следствия. Если Ф₁ и Ф₂ не зависят от времени, то их разность представляет постоянную величину (в частном случае она равна нулю). Вся разность фаз в формуле (5) в таком случае не зависит от времени. Обозначим ее через ,то есть

. (6)

Если

, (6*)

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--