Лабораторная работа № 3. 44 дифракция Фраунгофера на круглом отверстии

Цель работы – Изучение распределения интенсивности света на дифракционных картинах Фраунгофера на круглом отверстии.

Оборудование – модульный лабораторный учебный комплекс ЛКО-1.

 

Методика эксперимента

 

С дифракцией на круглом отверстии встречаются часто, поскольку оправы линз и диафрагмы в оптических приборах, как правило, круглые. При нормальном падении волны на экран Э1 с отверстием диаметра (рис. 54а) дифракционная картина симметрична относительно оси отверстия. Распределение интенсивности приведено на рис. 54б. Угловые радиусы первых трёх тёмных колец равны (сравните с (72)):

(1)

 

Методика получения дифракционных картин Фраунгофера и возможные оптические схемы реализации условий наблюдения дифракции Фраунгофера описаны в работе № 42 (задание 3) и лабораторной работе № 43.

Изучаемое распределение интенсивности или изображение объекта размещают и нужным образом ориентируют в окне фотоприёмника. Для перемещения изображения используют юстировочные винты двухкоординатных держателей оптических элементов. Для изменения ориентации изображения используют возможность поворота обоймы двухкоординатного держателя на произвольный угол.

Для измерения распределения интенсивности изображение дифракционной картины «сканируют» т.е. смещают относительно щели фоторегистратора (модуль 4) с заданным шагом. Для этого поворачивая барабан микропроектора (модуль 3) на угол, соответствующий выбранному шагу сканирования, и снимают показания фоторегистратора после каждого смещения. Одновременно снимают отсчёт координаты соответствующей точки объекта по шкалам микропроектора.

Значения интенсивности регистрируются модулем 4 в условных единицах - милливольтах. Для нахождения интенсивности в абсолютных единицах необходима калибровка фоторегистратора. В большинстве экспериментов важны лишь относительные значения интенсивности. Тогда калибровка не требуется, и используются условные значения интенсивности в милливольтах.

 

Порядок выполнения работы

1. Перед началом работы изучите общую теорию явления дифракции (разделы 1-7) и дифракцию Фраунгофера и Френеля на круглом отверстии (разделы 8-9).

2. Изучите устройство и правила эксплуатации комплекса ЛКО-1 и используемых в работе модулей в Приложении 5.

2. Ознакомьтесь с порядком включения и выключения лазерного источника света и инструкцией по технике безопасности. Обратите особое внимание на недопустимость попадания в глаза прямого лазерного излучения.

3*. Включите лазерный источник света.

Внимание. Пункты, помеченные звёздочкой, выполняет преподаватель или лаборант.

 

Задание 1

 

1. Соберите схему для наблюдения дифракции в сходящейся волне согласно рис 33, но без модуля 8 (экран Э3). Подберите положение объектива О (модуль 6) так, чтобы волна сфокусировалась в плоскости Э2 (модуль 3). В этом случае на экране фоторегистратора Э3 (модуль 4) получится яркая точка минимальных размеров. При этом модуль 3 должен быть в «стандартном» положении с координатой риски 650 мм.

2. Разместите модуль 8, с установленном в его кассете объектом 18 или 19, на оптической скамье как можно ближе к объективу О и, получите на экране фоторегистрации (модуль 4) дифракционную картину Фраунгофера от круглого отверстия. Рукоятками горизонтального и вертикального перемещения на модуле 8 расположите дифракционную картину симметрично щели фоторегистратора.

 

 

3. Перемещая рукояткой 5 микропроектора (см. рис.8 Приложение 5) дифракционную картину с шагом 0,05 мм. зафиксируйте показания фоторегистратора на каждом шаге и соответствующие отсчёты по шкале микропроектора. Данные занесите в таблицу 1.

 

Таблица 1

 

Интенсивность	, мВ.
Координата	, мм.

 

4. Постройте график зависимости интенсивности света от координаты и сравните с данными, приведёнными на рис.54.

 

Задание 2

1. Определив по графику, полученному в задании 1, углы дифракции для минимумов из приближённого соотношения , где - координата -го минимума, по формулам (1) рассчитайте длину волны лазерного излучения.