4.3.1 (810632)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский Физико-ТехническийИнституткафедра общей физикиЛабораторная работа 4.3.1Изучение дифракции светаСтудент:Илья ЗыковПреподаватель:Вячеслав Петрович Кириллов18 мая 2018 г.Цель работы:Исследовать явления дифракции Френеля и Фраунгофера на щели, изучить влияние дифракции на разрешающую способность оптических инструментов.В работе используются:Оптическая скамья, ртутная лампа, монохроматор, щели с регулируемой шириной, рамкас вертикальной нитью, двойная щель, микроскоп на поперечных салазках с микрометрическим винтом, зрительная труба..11.1Дифракция Френеля на щелиРабочие формулыСуммарная ширина n зон Френеля:√ξn =znλгде z – расстояние от щели до плоскости наблюдения, λ – длина волны.Волновой параметр:√zλp=bгде b – щирина щелиЧисло Френеля – полное число открытых зон Френеля на всей ширине щели:C=11p2(1)(2)(3)1.2Оптическая схемаСхема установки для наблюдения дифракции Френеля представлена на рис.

1. Световые лучи освещают щель S2 и испытывают на ней дифракцию. Дифракционная картинарассматривается с помощью микроскопа М, сфокусированного на некоторую плоскостьнаблюдения П.Рис. 1: Схема установки для наблюдения дифракции ФренеляЩель S2 освещается параллельным пучком монохроматического света с помощью коллиматора, образованного объективом O1 и щелью S1 , находящейся в его фокусе. На щель S1сфокусировано изображение спектральной линии, выделенной из спектра ртутной лампыЛ при помощи простого монохроматора C, в котором используется призма прямого зрения.Распределение интенсивности света в плоскости наблюдения П проще всего рассчитыватьс помощью зон Френеля.

При освещении щели S2 параллельным пучком лучей (плоскаяволна) зоны Френеля представляют собой полоски, параллельные краям щели. Результирующая амплитуда в точке наблюдения определяется суперпозицией колебаний от тех зонФренеля, которые не перекрыты створками щели.21.3ИзмеренияИзмерим значение расстояний при изменении количества темных полос:Таблица 1: Зависимость расстояния от количества полосn123456z, cm47.4 46.8 46.2 45.9 45.7 44.8∆z, mm30241815134σz, mm2222222ξn , µm255 322 341 359 373 221σ(2ξn ), mm 8.6 13.6 19.2 24.4 29.3 59.4Построим график зависимости 2ξn (n):Рис.

2: График зависимости 2ξn (n)322.1Дифракция Фраунгофера на щелиОптическая схемаКартина дифракции резко упрощается, когда ширина щели становится значительно меньше ширины первой зоны Френеля.Это условие всегда выполняется при достаточно большом расстоянии a от щели до плоскости наблюдения. Дифракционную картину, наблюдаемую в этом случае, принято называтьдифракцией Фраунгофера. Исследование такой дифракционной картины заметно облегчается, потому что упрощаются фазовые соотношения.Дифракцию Френеля и Фраунгофера можно наблюдать на одной и той же установке.

Однако при обычных размерах установки дифракция Фраунгофера возникает только приочень узких щелях. Например, при a ≈ 20 − 40 cm и λ ≈ 546.1 nm получаем D 0.3 mm.Поскольку работать с такими тонкими щелями неудобно, для наблюдения дифракцииФраунгофера к схеме добавляется объектив O2 .Рис. 3: Схема установки для наблюдения дифракции Фраунгофера на щелиДифракционная картина наблюдается здесь в фокальной плоскости объектива O2 .42.2ИзмеренияНачальные данные:f1 = 9 cmf2 = 12.5 cmnxm , mm10.320.630.8641.0651.4461.7472.1482.4Таблица 2: Координаты дифракционных минимумовПостроим график зависимости xm (n):Рис. 4: Зависимость xm (n)Рассчитаем ширину щели b:b=f2 λ= 0.23 mmk53Дифракция Фраунгофера на двух щеляхРис.

5: Схема установки для наблюдения дифракции Фраунгофера на двух щеляхДля наблюдения дифракции Фраунгофера на двух щелях в установке (рис. 3) следуетзаменить щель S2 экраном Э с двумя щелями (рис. 5). При этом для оценки влиянияширины входной щели на чёткость ди- фракционной картины вместо входной щели S1следует поставить щель с микрометрическим винтом. Два дифракционных изображениявходной щели, одно из которых образовано лучами, прошедшими через левую, а другое— через правую щели, накладываются друг на друга.Если входная щель достаточно узка, то дифракционная картина в плоскости П (рис.

3)подобна той, что получалась при дифракции на одной щели (рис. 5), однако теперь всякартина испещрена рядом дополнительных узких полос. Наличие этих полос объясняетсясуперпозицией световых волн, приходящих в плоскость наблюдения через разные щелиэкрана Э.1. Определим координаты x1 , x2 самых удаленных друг от друга темных полос внутрипервого максимума, а также координату центра максимума:x1 = 0.96 mmx2 = 1.50 mmВсего в первом максимуме обнаружено n = 9 светлых полос, поэтому расстояниемежду ними равно:0.54x2 − x1== 0.06 mmδx =n9Теперь можно найти расстояние между щелями:d=f2 λ= 0.94 mmδx2. Исследуем влияние пространственной когерентности на видность картины.b0 =f1 λ= 67 µmdЭкспериментально:bэксп= 110 µm064Влияние дифракции на разрешающую способность оптического инструментаУстановка, представленная на рис.

6, позволяет исследовать влияние дифракции на разрешающую способность оптических инструментов. Как уже было выяснено, линзы O1 иO2 в отсутствие щели S2 создают в плоскости П изображение щели S1 , и это изображениерассматривается в микроскоп М. Таким образом, нашу установку можно рассматриватькак оптический инструмент, предназначенный для получения изображения предмета. Приэтом коллиматор (щель S1 и объектив O1 ) является моделью далёкого предмета, а объектив O2 и микроскоп М составляют зрительную трубу, наведённую на этот предмет.

Еслиперед объективом O2 зрительной трубы расположить щель S2 , то изображение объектабудет искажено дифракцией на щели S2 . Чем меньше ширина D0 этой щели, тем сильнееискажение. Качественной характеристикой этих искажений может служить минимальноеугловое расстояние φmin между объектами (источниками), которые ещё воспринимаютсякак раздельные.Рис. 6: Схема установки для исследования разрешающей способности оптического инструмента1. При помощи микроскопа измерим расстояние между щелями:d = 0.45 − 0.17 mm = 0.94 mm2.

Найдем ширину D0 щели S2 при которой пропадают различия между изображениямидвух щелей:f1 λD0 == 0.52 mmd3. Теперь подберем экспериментально ширину D0 щели S2 такой, чтобы два изображения видимые в микроскоп были максимально размыты, но при этом еще видимы:D0эксп = 0.6 mm5ВыводМы исследовали явления дифракции Френеля на узкой щели, на краю экрана, на тонкой нити; дифракции Фраунгофера на щели; проследили, как влияют изменение шириныщели и её смещение на характер дифракционной картины; исследовали картину дифракции на двух щелях и оценили влияние размеров источника на чёткость картины.7.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы