Лабораторная работа № 3-10 интерференция при отражении плоской волны

Цель работы: наблюдение интерференции при отражении плоской волны от пластины.

Оборудование: лабораторный оптический комплекс ЛКО-1.

 

Методика эксперимента

 

При падении плоской волны на пластину происходит отражение от двух её поверхностей, причем волны, отражённые от верхней и нижней граней, имеют разность хода (рис. 37а):

, (46)

где - угол падения волны на пластину, - показатель преломления материала пластины. (Здесь сохранена нумерация формул и рисунков по учебному пособию. В. В. Светозаров. Модульный оптический практикум. М.: 1998.)

 

При сложении отражённых волн наблюдается интерференция, при этом разность хода волн, согласно (46), зависит от угла падения. При малых , практически при , можно использовать формулу приближённого вычисления и формулу (46) можно переписать в виде:

.

Максимумы интенсивности света при интерференции наблюдаются в тех точках, где разность хода световых волн . Выразим отсюда порядок интерференции:

.

Из последней формулы видно, что порядок интерференции линейно зависит от

. (47)

Построив график зависимости номера интерференционной полосы от (причем нумерацию можно начать с любой полосы), можно найти как угловой коэффициент графика .

 

Порядок выполнения работы

 

Перед началом выполнения работы необходимо изучить теорию интерференции, ознакомиться с описанием комплекса ЛКО-1 и модулей, используемых в настоящей работе (Приложение № 8), инструкцией по эксплуатации ЛКО-1 и инструкцией по технике безопасности при работе с лазерными источника света.

 

Задание 1.

 

1. Соберите схему согласно рис. 37б. Установите на поворотном столике (модуль 13) в правой части оптической скамьи тонкую стеклянную пластину (объект 4) и осветите её пучком излучения лазера.

2. Поворачивая стол, наблюдайте на левом борте и на фронтальном экране отражённый от пластины пучок. Пронаблюдайте колебания интенсивности пучка при повороте пластины (в интерференционных минимумах пучок как бы пересекается тёмными полосами).

3. Начиная отсчёт с тёмной полосы, ближайшей к падающему пучку (пусть ее номер ), определите угловые координаты стола через несколько полос (например, для ).

4. Определите положение нормали к пластине (т.е. угловую координату стола, при которой отраженный от пластины пучок направлен навстречу падающему и угол падения ). Определите углы падения для , как разность угловых координат. Данные занесите в таблицу 1.

 

Таблица 1

 

 

5. Постройте график и определите угловой коэффициент (тангенс угла наклона прямой . Для построения графика можно использовать компьютерные программы «Excel» или «Grapher 2».

6. По формуле определите показатель преломления пластины (толщина пластины и длина волны приведены в паспорте установки).

7. По формуле Стьюдента рассчитайте погрешность измерений и запишите результат в формате:

.

 

Контрольные вопросы

 

1.Что такое интерференция света? Какие волны называются когерентными? Как можно получить когерентные световые волны?

2. Что понимают под геометрической и оптической разностью волн?

3. Сформулируйте и выведите условия интерференционных минимумов и максимумов?

4. Нарисуйте схему наблюдения интерференционных полос равного наклона (или цвета тонких плёнок).

5. Почему полосы равного наклона в данном эксперименте наблюдаются на достаточно толстой стеклянной пластине ( мм.)?

6. Дайте объяснения понятиям длины временной и пространственной когерентности. Какими параметрами определяется длина временной и пространственной когерентности?