Лабораторная работа № 3-11 полосы равного наклона

Цель работы: Наблюдение интерференции при отражении сферической волны от пластины.

Оборудование: Лабораторный оптический комплекс ЛКО-1.

 

Методика эксперимента.

 

Пусть излучение точечного источника , сформированного линзой Л1 (рис. 38), отражается от плоскопараллельной пластины толщиной и показателем преломления (здесь сохранена нумерация формул и рисунков по учебному пособию В. В. Светозаров. Модульный оптический практикум. М.: 1998.). Волны, отражённые от передней и задней поверхностей пластины, дают на экране Э интерференционную картину в виде концентрических тёмных и светлых колец с центрами на оси пучка. Эту картину можно рассматривать как результат сложения волн, испущенных источниками и , являющимися мнимыми изображениями источника в передней и задней поверхности пластины.

 

 

Расчёт радиуса кольца, соответствующего -му порядку интерференции при условии и (при этом можно воспользоваться формулой (46)), приводит к выражению:

. (48)

Из (48) следует, что линейно зависит от порядка интерференции . Пронумеровав последовательно видимые кольца, получим линейную зависимость от номера кольца (порядок интерференции в общем случае может не совпадать номером кольца ). Угловой коэффициент графика зависимости определим по формуле:

. (49)

Определив из графика угловой коэффициент по формуле (49), можно рассчитать показатель преломления пластины .

 

Порядок выполнения работы

 

Перед началом выполнения работы необходимо ознакомиться с теорией интерференции, с описанием комплекса ЛКО-1 и модулей, используемых в настоящей работе (см. Приложение № 7), инструкцией по эксплуатации комплекса ЛКО-1 и инструкцией по технике безопасности при работе с лазерными источниками света.

 

Задание 1.

1. Соберите схему согласно рис. 38 (Л1 вмонтирована в модуль 5). Установите пластину (объект 5 рис.18) на поворотном столике (модуль 13).

Рис.18. ОБЪЕКТ 5 - плоскопараллельная стеклянная пластина толщиной 4-8 мм. Точное значение толщины указывается в паспорте установки или определяется студентом самостоятельно. Пластина 1 смонтирована на кронштейне 2.

Ближайшая к экрану поверхность пластины находится на расстоянии мм. от средней плоскости экрана Э (это расстояние потребуется при расчётах оптических явлений).

 

2. Ручкой поворота 1 и винтом наклона 6 столика модуля 13 (рис.14 в приложении №7) установите светлое пятно отражённого лазерного излучения в центре экрана Э модуля 5.

3. Перемещая пластину вдоль оптической скамьи, наблюдайте изменение радиусов интерференционных колец на экране. Подберите значение , удобное для измерений.

4. Измерьте радиусы всех видимых на экране тёмных колец (не менее пяти). Для измерения каждого радиуса сделайте 4 отсчета по шкалам экрана (сверху, снизу, справа и слева от центра экрана). Усредните радиусы колец и данные занесите в таблицу.

 

Таблица 1

 

 

5. Постройте график зависимости . Для построения графика можно использовать компьютерные программы «Excel» или «Grapher 2».

6. Найдите угловой коэффициент графика (тангенс угла наклона графика к оси ).

7. Используя формулу (49), определите показатель преломления пластины. Значения толщины пластины и длины волны приведены в паспорте установки. При определении нужно учесть конструкцию объекта 5 (рис.18) и по положению риски столика найти положение отражающих поверхностей пластины.

 

Контрольные вопросы

 

1.Что такое интерференция света? Какие волны называются когерентными? Как можно получит 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?