Instrucțiunile metodice introduc studenții la fenomenul interferențelor luminoase, metodele de obținere a undelor coerente. Este descrisă o configurație experimentală pentru determinarea unghiului de refracție mic al biprismului Fresnel.
Proiectat pentru studenții care efectuează practica de laborator pe secțiunea "Optică Wave" curs în fizica generală.
Tabel. 1. Il. 4. Bibliografie. 3 titluri.
Referenți: A. S. Krause
UNIVERSITATEA UNIVERSALA 1
Instrucțiuni 1
Ministerul Educației al Federației Ruse 2
Orientări metodologice 2
1 Obiectivul 4
2 Partea teoretică 4
3 Partea experimentală 9
3.1 Dispozitive și echipamente 9
3.2 Descrierea instalației 9
3.3 Cerințe de securitate 11
3.4 Ordinea de muncă 11
4 Întrebări de testare 12
Referințe 13
Lucrarea de laborator № 61
STUDIUL INTERFERENȚEI LUMINII
Studiul fenomenului de interferență a luminii.
Determinarea unghiului de refracție al biprismului Fresnel.
2 Partea teoretică
Proprietățile de undă ale luminii sunt cel mai clar manifestate în fenomenul de interferență și difracție. Sub interferența luminii pentru a înțelege fenomenul care atunci când este aplicat fascicule de lumină care rezultă o intensitate nu este egală cu suma intensităților grinzilor individuale, adică având alternativ lumină și benzi întunecate datorită valurilor de redistribuire a energiei în spațiu.
Observați interferența undelor luminoase numai în anumite condiții.
Unda electromagnetică ușoară este transversală, oscilațiile vectorilor de intensitate a câmpului electric și magnetic apar în planuri reciproc perpendiculare în aceleași faze. Din punct de vedere grafic, este prezentat în figura 2.1.
După cum arată experiența, fiziologice, fotoelectrice, fotochimice și alte fluctuații de lumină de acțiune cauzate de vectorul electric, prin urmare, caracterizate printr-un vector de lumină poate fi un vector al intensității câmpului electric (vector de câmp magnetic nu poate fi văzut).
Lăsați valurile să ajungă la un anumit punct, forțele câmpului electric fiind egale cu 1 și 2. Prin principiul suprapunerii, intensitatea câmpului rezultat este egală cu suma vectorilor
unde cos = cos (+ t) + cos (= t + ). (2.1)
A este amplitudinea undei luminoase;
- frecvența ciclică a oscilațiilor;
- faza inițială a oscilațiilor.
Când se adaugă două oscilații armonice de aceeași frecvență, se obține o vibrație cu aceeași frecvență, a cărei amplitudine depinde de raportul dintre fazele oscilațiilor construite și, prin urmare, are valori diferite în diferite puncte de observație.
Datorită frecvenței foarte ridicate a vibrațiilor optice (
10 15 Hz), valoarea instantanee a intensității nu poate fi măsurată direct. Toate detectoarele de radiații (de exemplu, ochi) a fost măsurată valoarea puterii (intensitatea luminii sau suprafața de iluminare), în medie pe o perioadă de timp, este foarte mare în comparație cu perioada de oscilații optice. Prin urmare, valorile observate experimental sunt proporționale cu valoarea medie a pătratului de intensitate a câmpului electric <2> În timpul determinat de inerția receptorului de radiație
<2> = <(1 + 2 ) 2> = <1 2> + <2 2> + 2<1 *2> .
Termenul 2<1 *2>, numit termen inerțial, este egal cu zero dacă valurile pliate sunt polarizate liniar în direcții reciproc perpendiculare.
Dacă ambii vectori 1 și 2, la punctul de observație oscilează de-a lungul unei linii drepte, este posibil să scape din caracterul vectorial și înregistrează aceste valori sub forma unui termen interferență 2<1 *2>, care nu este zero. Inegalitatea 2<1 *2> 0 este o condiție necesară pentru apariția interferențelor. Cu toate acestea, încălcarea aditivitate de performanță energetică nu se datorează încălcarea legii conservării energiei, precum și cu redistribuirea fluxului de energie în spațiu. Introducerea intensității luminii ca o cantitate proporțională cu pătratul amplitudinii intensității J
A 2. Intensitatea oscilației rezultate poate fi scrisă în formă
Interferența undelor provenind de la surse de lumină independente (de exemplu de la becuri electrice) este imposibil de observat. Emițătorii undelor luminoase sunt atomi excitați, numărul lor fiind mare în orice sursă. Trecând într-o stare neașteptată, atomul emite un tren de valuri într-o perioadă de ordinul 10-8 s. Într-un astfel de tren există 10 6 - 10 8 valuri. Ca urmare a diferitelor coliziuni cu alte atomi sau cu impactul electronilor, atomul poate intra din nou într-o stare excitată și apoi începe să emită un nou tren de valuri cu o altă fază inițială și o nouă direcție de vibrație a vectorului. Ca rezultat al adăugării unor astfel de oscilații cu o diferență de fază variabilă rapid și aleatoriu de la o pereche de trenuri la alta, o oscilație rezultantă se dezvoltă cu o amplitudine aleatorie variabilă cu timpul. Drept urmare, receptorul de ochi sau de altă lumină fixează doar o iluminare uniformă, adică o intensitate medie a luminii. Pentru a obține un model de interferență stabil în timp, în care maximele și minimele de intensitate sunt clar vizibile, sunt necesare surse de oscilație coerente.
Sursele coerente sunt acele surse în care frecvențele radiațiilor (sau lungimile de undă) sunt aceleași, diferența de fază a oscilațiilor rămâne neschimbată în timpul de observare și care au aceleași direcții de vibrație a vectorului (și, prin urmare, de asemenea).
Sa menționat mai sus că surse independente sau chiar două părți diferite ale aceluiași corp luminos nu produc valuri coerente. Două valuri coerente pot fi obținute prin utilizarea radiațiilor de la același atom. Pentru aceasta, radiația emisă de atom este împărțită în două fluxuri și forțată să se întâlnească după ce au parcurs diferite căi optice L1 și L2. Pentru a obține un model de interferență, diferența de cale optică (L2-L1) trebuie să fie atât de mică încât ambele grupuri de valuri aparțin unui singur act de emisie atomică. În practică, acest lucru se face într-unul din două moduri diferite:
prin reflectarea și refracția undelor emise de o sursă punctuală (un grup de atomi apropiat) - birturile lui Fresnel, biprismul lui Fresnel, biliozitatea lui Bile și altele.
A doua metodă constă în formarea de valuri coerente suprapuse datorită fenomenului de difracție a diferitelor părți ale aceluiași val - capcana lui Young.
În prezent, sursele de radiații monocromatice sunt lasere. Cu ajutorul laserului este posibil să se obțină valuri coerente într-un mod complet diferit. Laserele sunt surse independente în care se utilizează emisia stimulată (stimulată).
Vom găsi condițiile în care undele coerente se vor amplifica sau se vor slăbi unul pe altul (experimentul lui Jung).
