Введение. Приборы и принадлежности: оптическая скамья, гелий - неоновый лазер, микрометрическая щель, дифракционная решетка

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛУЧАХ

Приборы и принадлежности: оптическая скамья, гелий - неоновый лазер, микрометрическая щель, дифракционная решетка.

Цель работы: 1. Определение ширины щели.

2. Определение постоянной решетки.

Введение

Дифракция света - явление, состоящее в отклонении от законов геометрической оптики и возникающее при прохождении световых волн вблизи непрозрачных препятствий, соразмеримых с длиной световых волн.

b~l,

где l - длина световой волны, b - размер препятствия.

При дифракции, так же как и при интерференции, наблюдается перераспределение интенсивности колебательного процесса в пространстве, в результате суперпозиции когерентных волн.

Различают два вида дифракции:

1. Дифракция Френеля, т.е. такая, когда дифракционная картина образована расходящимися пучком лучей, имеющих сферический волновой фронт.

2. Дифракция Фраунгофера, т.е. такая, когда дифракционная картина образована системами параллельных лучей, имеющих плоский волновой фронт.

Расчет интенсивности дифракционной картины осуществляют с использованием принципа Гюйгенса-Френеля посредством метода зон. Метод зон Френеля заключается в следующем. Фронт световой волны разбивается на кольцовые зоны Френеля (являющиеся источниками вторичных волн) таким образом, чтобы расстояние от границы зоны до точки М отличались на l/2 (рис.1)

То есть волны от соседних зон приходят в точку М в противоположных фазах. Амплитуда колебаний, приходящих

в точку М от зон, зависит от площади зоны и уменьшается с увеличением расстояния (d_k) от зоны до точки М и с увеличением угла a_k, между нормалью к поверхности зоны и направлением на точку М.

В точке М происходит интерференция волн, приходящих от зон Френеля. Для сферического фронта волны, возбуждаемой точечным источником (рис.1) площадь и радиус k-ой зоны Френеля записывается (доказать):

, (1)

Площади всех зон примерно равны между собой, поэтому амплитуды колебаний, прихоядщих в точку М, зависят только от d_k и L_k и монотонно убывают: A₁>A₂>A₃... Поэтому можно записать:

Результирующая амплитуда в точке М находится алгебраически

(2)

Из формулы (2) следует, что в скобках суммы равны нулю. Итак, действие всего фронта волны равно действию половины центральной зоны Френеля. Центральная зона имеет размеры порядка доли миллиметра. Следовательно, свет от точки S к точке М распространяется как бы в пределах узкого канала, т.е. практически прямолинейно. Для плоского фронта волны (R®¥, R>>d) площадь и радиус k-ой зоны (1) запишутся:

, (3)