Часть I. Дифракция света и экспериментальная установка
На явлении дифракции основано устройство замечательного оптического прибора – дифракционной решетки. Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Наилучшим качеством обладают отражательные дифракционные решетки. Они представляют собой чередующиеся участки настолько малые, что отражая свет, они рассеивают его вследствие дифракции. Таким образом пучок света разбивается на множество когерентных лучей.
Если ширина прозрачных участков а, а ширина непрозрачных промежутков b, то величина d = a + b называется периодом решетки.
Если на решетку нормально (перпендикулярно) к ее поверхности падает свет с длиной волны l то, как следует из рисунка 1, лучи, рассеянные под углом j к первоначальному направлению от соответствующих мест каждой из щелей, обладают разностями хода dsin j (I и II лучи), 2dsin j (I и III лучи) и т. д.
Волны усиливают друг друга при интерференции, если эта разность хода равна целому числу волн. Углы, под которыми наблюдаются максимумы, находятся из соотношения
, k = 0, ± 1, ± 2, ± 3… (1)
Максимумы наблюдаются по обе стороны от падающего луча, а центральный максимум (k =0) наблюдается в направлении падающего луча.
Зеркальная поверхность лазерного компакт-диска представляет собой спиральную дорожку, шаг которой соизмерим с длиной волны видимого света. На такой упорядоченной и мелкоструктурной поверхности в отраженном свете заметно проявляются дифракционные и интерференционные явления, что и является причиной радужной окраски создаваемых им бликов. Луч лазера занимает на компакт-диске настолько малую площадь, что этот участок можно считать одномерной дифракционной решеткой.
|
|
|
Схема прибора (прибор №1), для наблюдения дифракции света на кусочке компакт-диска, играющего роль отражательной дифракционной решетки, представлена на рисунке 2. Здесь: 1 – источник света – лазер-брелок, укрепленной на поворачивающейся планке, 2 – отражательная дифракционная решетка – кусочек компакт-диска, 3 – зажим для крепления препарата, 4 - транспортир для измерения углов дифракции, 5 – транспортир для измерения угла падения луча света, 6 – зажим для крепления поляроида.
Экспериментальная часть
Задание 1. Компакт диск – дифракционная решетка. Перпендикулярное падение света
На решетку
Цель. С помощью явления дифракции света определить число штрихов, т.е. число дорожек на 1 мм в CD и DVD-компакт-диске. (При выполнении этого задания используется прибор №1 – рисунок 2).
1. Укрепите в зажиме прибора препарат с кусочком CD- диска. Он должен быть расположен строго перпендикулярно к направлению луча лазера, установленного в нулевое положение.
|
|
|
2. Нажав на кнопку включателя лазера, проверьте точность установки препарата (дифракционной решетки) и лазера. Она считается нормальной, если падающий луч идет строго по оси поворотной планки, а отраженный луч возвращается в выходное окошко лазера. Проверить это можно с помощью листочка белой бумаги, помещенной немного выше окошка лазера. Если необходимо, слегка подрегулируйте положение лазера и препарата.
3. Включив лазер, измерьте углы дифракции для максимумов первого (k =1 ) j 1 и второго (k =2) j 2 порядка. Максимумы более высоких порядков в данном опыте не наблюдаются.
4. По полученным значениям углов дифракции определите период dдифракционной структуры компакт-диска и число дорожек n на 1 мм
(2)
Длина волны света, излучаемого лазером, занимает диапазон 620-680 нм. Для расчетов можно воспользоваться средним значением длины волны λ=650 нм=0,00065 мм.
5. По результатам двух измерений вычислите среднее значение числа дорожек на 1 мм на CD-диске.
6. Замените препарат с кусочком CD-диска на препарат с кусочком DVD-диска.
|
|
|
7. Повторите измерения и вычисления пунктов 2-4. Особенность данного опыта состоит в том, что даже максимум второго порядка вряд ли удаться наблюдать.
8. В выводе отметьте, насколько больше, по крайней мере, информации можно записать на DVD-диске, чем СD.
Задание 2. Компакт диск – дифракционная решетка. Наклонное падение света
На решетку
При наклонном падении света на дифракционную решетку дифракционная картина «растягивается», так что период дифракционной решетки определяется из соотношения
(3)
где q - угол падения лучей света на решетку.
1. Установите в зажиме препарат с кусочком CD-диска. Отюстируйте прибор.
2. С помощью поворотной планки установите угол падения луча лазера 10 ° , а затем 20 °
Измерьте дифракционные углы j 1 и j 2 в этих случаях. При этом на экране наблюдается нулевой максимум, который не следует включать в расчёты.
3. По формуле (3) вычислите период дифракционной решетки d и число дорожек n на 1 мм CD-диска. В выводе сравните результат измерений с результатом, полученным в задании 1.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 100; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!