Studiind fenomenul de interferență luminii
Scopul lucrării. Se determină lungimea de undă de lumină roșie și verde, folosind un biprism Fresnel.
Fenomenul de interferență luminii este că atunci când adăugarea de vibrații ale câmpurilor electromagnetice ale celor două (sau mai multe) de unde luminoase coerente, redistribuirea intensitate în spațiu: în unele locuri există alte minimele maxime. Interferența este cel mai clar manifestată în cazul în care se produc oscilații de electroni câmpuri electromagnetice de-a lungul o direcție și amplitudine a celor două valuri de interferență sunt identice (). În acest caz, maximele de intensitate I = 4I1. iar minimele - I = 0. Intensitatea luminii este proporțională cu pătratul amplitudinii vectorului câmpului electric al undei electromagnetice I =.
Vectorii de unde electromagnetice determină vibrații și câmpuri electrice și magnetice. În formularea vectorului interferență condiții selectat. Acest lucru se datorează faptului că efectul luminii asupra organelor de vizibilitate, placă fotografică, celule solare și alte dispozitive concepute pentru a detecta, este determinată în principal de vectorul câmpului electromagnetic.
Cele două valuri sunt numite coerente atunci când diferența de fază într-un anumit punct în spațiu este constant în timp. Sursele de lumină sunt numite coerente în cazul în care emit unde luminoase coerente. Sursele de lumină naturale sunt incoerente.
undele de lumină pot fi obținute coerente prin divizarea (folosind reflecții și refracții) val referitoare la același tip de sursă de emisie, în două părți (Fig. 1), așa cum ar fi emisă de două surse coerente.
Lăsați cele două surse coerente la un anumit punct P în spațiul primului val trece într-un mediu cu un indice de refracție traseu n1 l1. al doilea val are loc într-un mediu cu un indice de refracție n2 traseu l2.
Dacă faza inițială a celor două valuri sunt zero oscilație vector se produce de-a lungul o direcție, iar frecvența de oscilație sunt egale, primul val de la punctul P excita oscilații ale intensității câmpului electric, al doilea - oscilații. unde, c - vitezei luminii în vid. Rezultantă câmp electric într-un curent egal P
și va oscila la aceeași frecvență ca tensiunea E1 și E2. și o amplitudine egală cu
Deoarece intensitatea I este proporțională cu pătratul amplitudinii
în care - diferența de fază dintre vibrațiile E1 și E2 la punctul P, - lungimea de undă în vid.
Mărimea = L se numește diferența dintre căile optice parcurse de valuri, sau diferența de cale optică.
(3) arată că intensitatea maximă într-un anumit punct în spațiu va fi observat în cazul în care
sau dacă diferența cale optică este egală cu un număr întreg de lungimi de undă în vid:
Intensitatea minimă la un anumit punct în spațiu va fi observat în cazul în care
sau dacă diferența cale optică este egală cu un număr întreg de jumătate de lungimi de undă în vid:
Condiții (5) și (7) este condiția maxime și minime, respectiv.
Dacă două surse coerente au forma unor fante paralele înguste ale undei cilindrice emitea plus va produce un model de interferență în formă de benzi de lumină și întuneric alternativ.
Lăsați ecranul E este paralelă cu un plan care trece prin arcurile S1 și S2; Sursele sunt în aer (n1 = n2 = I); l - distanța dintre sursele S1 coerente și S2; d0 - distanța de la linia care leagă sursa la ecran pe care se observă modelul de interferență (l< Folosind formarea circuitului de modelul de interferență (2) și starea (5) se poate găsi distanța dintre centrele cele mai apropiate două maxime (dungi ușoare) sau mnimumov (benzi întunecate) - lățimea franjuri interferență. La punctul 0 ecranul situată pe perpendiculara la mijlocul segmentului care unește sursele, există un număr maxim, care se numește centrală. La punctul P, la o distanta de xm vârf central va fi observat cu numărul maxim de m, în cazul în care diferența optică de deplasare a undelor va fi egală cu un număr întreg de lungimi de undă: Figura 2 arată că De la (9) și (10) rezultă că Apoi, (11) implică faptul că Distanța de la punctul cel mai înalt centrală la numărul m maxim egal Distanța dintre maximele adiacente sau minimelor (lățimea Fringe interferență) este În prezenta lucrare pentru a obține modelul de interferență este utilizat Fresnel biprism reprezentand prisme duble refractant cu unghiuri mici (30 „). incidentul fascicul luminos pe biprism (Figura 3) din fantă S, paralelă cu marginea unui unghi obtuz, datorită refractie împărțit în două fascicule de undă cilindrice coerente ca în cazul în care provin de la două surse coerente imaginar (imagine cu fantă) S1 și S2. vibrațiile care apar în faza (aceeași fază). Dacă biprism unghi obtuz aproape de 0 și 180 unghiul de incidență pe biprism mici, atunci toate razele refractate în același unghi: = (abate n-1), unde n - indicele de refracție al sticlei biprism. In acest arcuri imaginare S1 și S2 se vor afla în mod substanțial într-un plan cu o fantă.
Grinzile rezultate ale biprism se suprapun parțial, formând zona de interferență. Modelul interferență se observă pe ecran, este o alternanță de benzi de lumină și întuneric - maxime și minime (Fig 2.).
Prin definirea distanței dintre sursa l coerenta, D0 distanta de sursele pe ecran și lățimea franjuri interferență, poate determina o lungime de undă conform formulei
Unitate (4a) de conducere pentru determinarea lățimii franjuri interferență, d0 distanțele de la iluminatorului constă și, K, glisante fantă S, filtre F, BP Fresnel biprism, micrometru ocular OM, în planul focal care există un model de interferență. Pentru a determina distanța l între imaginea virtuală a fantei este aplicată suplimentar lentila colectoare L (Fig. 4b, c) cu o distanță focală de 10-15 cm. Toate dispozitivele sunt aranjate pe bancul optic în suporturile prevăzute cu indicatori către pozițiile lor de eșantionare. Dispozitivele pot fi mutate în sus și în jos suporturile și fixate în poziție.
Lățimea franjuri interferență și distanța efectivă dintre imaginile de fantă l „măsurat cu un micrometru ocular. Distanța dintre sursa virtuală este calculată cu formula de lentile subțire mai mare:
și în care - distanța de la lentila L la sursele de imagine (înainte gap),
b - distanța dintre obiectiv și imaginea reală (înainte de micrometru ocular).
D0 Distanță. o, bar b scară este măsurată pe bancul optic al indicii corespunzătoare.
Ocular micrometri - un dispozitiv capabil să măsoare dimensiunile liniare ale imaginii formate de un - sau sistemul optic în scala (în ocularului) avionul.
micrometru oculara constă dintr-o carcasă și un tambur ocular. În carcasa în planul focal al ocularului este fixată o placă de sticlă cu o scală având opt diviziuni din împărțirea costului 1 mm. În același plan focal este situat ca o placă de sticlă cu o cruce, iar indicele care reprezintă cele două bare paralele subțiri (Fig. 5). Această placă cu ajutorul unui șurub micrometric este legat cu tamburul de referință, astfel încât rotația tamburului firele reticulare, iar indicele sa mutat în ocularului relativ la scara fixă. Șurub Pasul deplasează placa mobilă este 1mm. Când tamburul este rotit cu o rotire și indicele deplasează cruciuliței în ocularul pe o diviziune scara fixă. Tamburul este împărțit în 100 de diviziuni, astfel încât șurub tambur valoarea diviziunii este de 0,01 mm. Analiza completă a micrometru ocular este alcătuit dintr-un cadru fix de referință pentru scara și tamburul.
Pentru a determina dimensiunea imaginii reticular este indusă secvențial în două puncte ale imaginii obiectului, și sunt produse eșantioanele respective. Probele de diferență dă rezoluția dorită.
Ordinea de performanță
- Se colectează pe configurarea banc optic, așa cum se arată în Fig. 4a. La o distanță de 30-40 cm de la locul fantei biprism, astfel încât marginile sale refractive sunt verticale, la o distanță de 20-50 cm de biprism - micrometru ocular. Partea de mijloc a ferestrelor iluminator, fantele, filtru, biprism micrometru ocular și fereastra trebuie să fie amplasate la aceeași înălțime, de-a lungul axei orizontale a instalației. Diferența trebuie să fie strict paralelă cu marginea unghiului obtuz biprism.
- Biprism se deplasează de-a lungul banca de rezerve optice, veți obține un model de interferență clară în domeniul micrometru ocular.
- Se măsoară lățimea Fringe interferență pe scara unui micrometru ocular în lumină roșie, apoi verde, schimbarea filtrelor. Pentru a face acest lucru, numărul de distanța x dintre suficient distanță luminoase sau întunecate șase - zece fâșii (între centrele sau muchiile corespondente) ale tipului de interferență și decalajul de numărul de benzi realizate pe ea (fig.6)
- Se determină distanța l 'între imagini reale S1' și S2 „(fig. 4c). În acest scop, bancul optic dintre biprism și locul micrometru ocular lentilele de colectare L (Fig. 4b) și se deplasează, fără a schimba poziția unui micrometru ocular și biprism. Realizarea ambelor imagini au fost observate în micrometru ocular. Se determină distanța l „între ele în lumină roșie și verde.
- Se măsoară distanța de la fanta la un d0 micrometru ocular. care cu suficientă precizie egală cu distanța de la sursele de imagine pe ecran pe care se observă modelul de interferență.
- Se măsoară distanța a de lentila L la decalajul S, iar distanța de la obiectiv la micrometri b. Prin creșterea lentila cu formula (16), pentru a găsi distanța dintre imaginea virtuală a diferenței l.
- Prin formula (15) se calculează lungimea de undă.
Datele obținute sunt prezentate într-o formă de tabel I.