Интерференция света: общие сведения.

Астраханский Государственный Технический Университет

КАФЕДРА ФИЗИКИ

Лабораторная работа №4

по теме:

«Изучение интерференции световых волн с помощью щелей Юнга»

Выполнил:

студент 2-го курса гр. ДТКК-21б/1

Курбатов Сергей

Проверила:

доц. кафедры физика

Быкова В.П.

Допуск к л.р. _______

Выполнение л.р. _______

Зачтено _______

Астрахань 2014

Лабораторная работа №4

Изучение интерференции световых волн с помощью щелей Юнга

Цель работы: проверить основные соотношения теории интерференции, определить длину волны лазерного излучения.

Оборудование: модули: микропроектор 2, конденсор 5, объектив 6, кассета в двухкоординатном держателе 8; объекты: щели 23 и 24, пары щелей 27 и 28; лист бумаги.

Краткая теория

Интерференция света: общие сведения.

Колебания, протекающие согласованно, называют когерентными. Для колебаний, близких к гармоническим, когерентность означает постоянную во времени разность фаз δ.

При сложении двух когерентных волн наблюдается явление интерференции, заключающееся в том, что интенсивность I результирующей волны не равна сумме интенсивностей I₁ и I₂ складываемых волн:

. (4.1)

Если разность фаз складываемых колебаний постоянна во времени и равна δ, то . Если δ=2kπ (k – целое), то интенсивность максимальна, если δ=(2k+1)π – минимальна. Соответствующие интенсивности равны

, (4.2)

(4.3)

Если I₁=I₂, то в минимуме I_min= – свет плюс свет дает темноту. Как правило, в разных точках пространства величина δ имеет разные значения, и возникает чередование темных и светлых полос, называемое интерференционной картиной. Расстояние между соседними светлыми или соседними темными полосами (т.е. между соседними максимумами или минимумами интенсивности) называют шириной интерференционной полосы.

Разность фаз δ определяется оптической разностью хода Δ:

, где ,

L₂ и L₁ – «оптические длины» 2-х лучей, идущих от источника до точки наблюдения, – длина волны излучения в вакууме. Отрезку луча длиной l в среде с показателем преломления n соответствует оптическая длина L=nl. Для луча, прошедшего от точки A до тоски B:

. (4.5)

Условия интерференционного максимума и минимума:

max: , k – целое, (4.6)

min: , k – целое, (4.7)

где λ₀ – длина волны излучения в вакууме.

В общем случае можно записать:

. (4.8)

Параметр называют порядком интерференции. Целым соответствуют максимумы интенсивности, полуцелым – минимумы. Изменению на единицу соответствует переход на соседнюю интерференционную полосу.

Рис. 4.1.

Рис. 4.2.

Две плоские волны с малым углом между направлениями распространения, в плоскости, перпендикулярной среднему направлению распространения, дают интерференционную картину (рис. 4.1) в виде чередующихся темных и светлых полос.

Ширина полосы (расстояние между соседними минимумами или соседними максимумами):

. (4.9)

Волны, пришедшие на экран Э от достаточно удаленных точечных источников и (рис. 4.2), можно в области экрана Э считать плоскими. Очевидно, , где h –расстояние между точечными источниками, l – расстояние от плоскости источников до экрана ( ), соответственно

. (4.10)

Опыт Юнга.

В качестве источников используются две щели, освещаемые излучением лазера. Вследствие дифракции пучки излучения после щелей получаются расходящимися, благодаря чему перекрываются и дают интерференционную картину (рис. 4.3а). Однако, при освещении щелей плоской волной, пучки не успевают пересечься в пределах длины нашей установки.

Рис. 4.3.

Поэтому мы освещаем щели сходящейся волной (рис. 4.3.б), полученной с помощью короткофокусной линзы и объектива.

Схема опыта приведена на рис. 4.4. Пучок лазера превращается конденсором Л1 и объективом О в волну, сфокусированную в объектной плоскости Э2 линзы Л2 микропроектора с координатой риски . При этом на экране установки Э3 видна яркая точка малых размеров. Исследуемые объекты (щели, пары щелей) помещаются в кассете для экранов (модуль 8) в плоскости Э1 с координатой . При этом в плоскости Э2 образуется интерференционная или дифракционная картина, которая в увеличенном виде наблюдается на экране Э3. Для наблюдения и измерения параметров самих объектов их помещают в кассету в объектной плоскости линзы Э2, а объектив О смещают так, чтобы волна расфокусировалась и осветила всю поверхность объекта. При этом на экране установки Э3 возникает увеличенное изображение объектов.

Рис. 4.4.

В схеме на рис. 4.4 и последующих вместо реального положения экрана Э3`, показанного пунктиром, дается положение Э3, в котором игнорируется излом лучей зеркалом микропроектора.

Поиск по сайту: