Лабораторная работа № 2.

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить явление интерференции света, определить показатель преломления стеклянной пластины по интерференционным кольцам равного наклона.

Краткие теоретические сведения.

Уравнение плоской волны

Когерентные волны

Явление интерференции волн

Связь оптической разности хода и разности фаз

Связь оптической разности хода и разности фаз

Условие максимумов для разности хода

Условие минимумов для разности хода

Полосы равного наклона

Полосы равной толщины

Экспериментальная часть.

В качестве источника света используется газовый лазер. Его излучение характеризуется рядом свойств, главными из которых являются высокая степень когерентности и монохроматичности, малая угловая расходимость. Схема установки

Л - лазер, Э - экран с отверстием, О - объектив (короткофокусная линза) в оправе, П - плоскопараллельная пластинка. Элементы установки расположены на оптической скамье и снабжены юстировочными винтами, что позволяет установить их по высоте, а также изменять вертикальный наклон.

Обращаем внимание на то, что попадание в глаза прямого лазерного пучка опасно для зрения!

При работе с лазером его излучение можно наблюдать только после отражения от рассеивающих поверхностей.

Ход работы.

Высокая степень когерентности лазерного излучения позволяет наблюдать интерференцию световых волн при очень большой оптической разности хода. При выполнении этого задания толстую плоскопараллельную стеклянную пластину П освещают расходящимся световым пучком, который получают с помощью микроскопического объектива О.

Когерентные световые волны, излучаемые лазером, отражаясь от передней и задней поверхностей пластины, интерферируют при наложении и дают на экране Э интерференционную картину в виде концентрических светлых и темных колец. Здесь r_k - радиус темного кольца на экране, соответствующего k - му порядку интерференции, l₁ -расстояние от точки фокуса линзы до передней поверхности пластины, l₂ - расстояние между пластиной и экраном, b - толщина пластины.

Установить пластину П на расстоянии l₂ = 1250 мм от экрана Э. Включить лазер (с помощью преподавателя). С помощью юстировочных винтов установить пластину так, чтобы отраженный от нее пучок падал в центр отверстия экрана Э. Установить объектив О на расстояние l₁ = 100 мм от пластины П (расстояние l₁ измеряется между пластиной и плоскостью оправы объектива, с которой совмещена точка его фокуса). С помощью юстировочных винтов установить объектив так, чтобы луч лазера проходил через его центр, а луч, отраженный от его плоской поверхности, попадал в центр отверстия на экране. После этого на экране должны появиться интерференционные кольца. Их центр должен совпадать с центром отверстия на экране.

Измерения.

Укрепить на экране лист бумаги с отверстием, проделанным в его центре, чтобы луч лазера мог свободно проходить сквозь отверстие в экране. Отметить на листе карандашом диаметрально противоположные точки, соответствующие пяти соседним темным интерференционным кольцам, начиная с кольца самого меньшего диаметра. После этого измерить диаметры этих колец и найти их радиусы r_N. Номера N = 1,2,3 и т.д. приписывают кольцам в порядке возрастания их радиусов (номер N = 1 приписывают первому темному кольцу, которое полностью видно вблизи отверстия экрана).

Результаты измерений и расчетов занесем в таблицу.

N
rN, м
, м2
n

Длина волны лазерного излучения - 632× 10^-9 м. Толщина пластины b= м.

Расчетные формулы: , .

График зависимости (N)

По графику определить тангенс угол наклона прямой к оси абсцисс , полученное значение использовать при расчете показателя преломления пластины n.

Вывод: