Введение
Целью работы является
- изучение закономерностей интерференции лазерного излучения;
- определение параметров экспериментальной установки.
Описание установки и методики эксперимента
рис.1.1 – окно эксперимента
1.1. Ознакамливаюсь с «Руководством пользователя пакетом компьютерных лабораторных
работ PhysLab».
1.2. На рабочем столе монитора щелкаю курсором мыши «Phys_Lab» («Manager2»).
Следуя указаниям, в «Списке лабораторных работ» выбераюе лабораторную работу
«Изучение интерференции лазерного излучения».
1.3. Прохожу регистрацию. Указываю номер макета, соответствующий номеру моего
рабочего места.
1.4. Прохожу входной контроль.
1.5. Курсором мыши щелкаю кнопку «Эксперимент».
1.6. Курсором мыши включая лазер, щелкнув кнопку «Сеть».
1.7. Рассматриваю внимательно окно эксперимента (Рис. 1.1). Кнопка «Сеть» служит для
включения и выключения лазера. Перемещением движка в окне «Экспериментальная
установка» изменяется расстояние между рамкой со щелями и экраном. Расстояние от
щелей до экрана отображается в окне «Цифровая индикация». В окне «Экран
наблюдения» отображается интерференционная картина, представляющая систему
вертикальных ярких (красных) и темных полос. Под экраном наблюдения расположена
измерительная линейка, единицей измерения является «сантиметр». Параметры
интерференционной картины также отображаются в окне «Цифровая индикация».
1.8. В окне «Перемещение рамки со щелями» показан фронтальный вид рамки,
закрепленной на измерительном столике, который перемещается вдоль оси системы с
помощью движка в окне «Экспериментальная установка».
Основные расчетные формулы
Интерференция волн – это явление усиления или ослабления результирующей волны в
зависимости от соотношения между фазами складывающихся в пространстве двух или
нескольких волн с одинаковыми периодами. Интерференция может иметь место для волн
любой природы: акустических, электромагнитных, световых и т.д. Наилучшие условия для наблюдения устойчивой картины интерференции могут быть созданы, если в качестве источников света использовать лазеры, излучение которых обладает очень высокой степенью когерентности. Кроме того, излучение лазера является монохроматичным, что приводит к четкой интерференционной картине.
В эксперименте Юнга источником света служит ярко освещенная щель S, от которой световая волна падает на две узкие щели S1 и S2, освещаемые, таким образом,
различными участками волнового фронта, распространяющегося от щели S. Световые
пучки, проходящие через щели S1 и S2, частично перекрываются. В области перекрытия пучков наблюдается чередование мест с максимальной и минимальной интенсивностью света. Если в эту область внести экран C, то на нем будет видна интерференционная картина, которая имеет вид чередующихся светлых(максимум) и темных(минимум) полос.
Вычислим ширину этих полос в предположении, что экран параллелен плоскости,
проходящей через щели S 1 и S 2, и находится от нее на расстоянии l, значительно
превышающем расстояние между щелями d. Положение точки M на экране определяется координатой h, отсчитываемой от точки 0, относительно которой щели S 1 и S 2 расположены симметрично. Известно, что условиями максимумов и минимумов интенсивности интерференционной картины являются
∆ = ± mλ0, (максимум) (2.1)
∆ = (m+ 
)λ0, (минимум) (2.2)
где Δ - оптическая разность хода, m = 0,1,2,....- порядок интерференционного максимума или минимума, λ0 – длина волны в вакууме.
Оптическая разность входа в вакууме(воздухе) равна:
(2.3)
Координата m -го максимума равна:
(2.4)
Координата m -го минимума равна:
(2.5)
Шириной интерференционной полосы называется величина, равная разности
координат соседних минимумов интенсивности:
(2.6)
Используя (2.5), можно получить выражение:
(2.7)
Запишем (2.7) в виде:
(2.8)
Угловой коэффициент линейного графика a равен:
(2.9)
Погрешность для графиков зависимости ∆ h=f(l) равна:
(2.10)