Изучение явлений волновой оптики с помощью лазера. Определение длины волны света в оптике Юнга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Уральский Государственный Экономический Университет

Кафедра физики и химии

Отчет

по лабораторной работе

по дисциплине физика

«Изучение явлений волновой оптики с помощью лазера. Определение длина волны света в оптике Юнга»

Выполнил: студент группы ИВТ-14

Балобанов П.Ф.

Проверил: Доцент кафедры физики и химии

Судакова Н.П.

Екатеринбург, 2014

Цель работы: при помощи интерференции света на щелях Юнга и известными параметрами определить длину волны света лазерного излучения.

Приборы и принадлежности: блок лазерного излучателя, юлок линз, щели Юнга, отражающий экран, штангенциркуль, измерительная линейка, подставки под экран, подставки.

Краткая теория

Интерференция света: При пересечении световых волн в пространстве согласно принципу суперпозиции величины их вектор комплексно складывается. В результате этого в точках пространства, где световые волны пересекаются, амплитуда результирующей волны в общем случае равна сумме их амплитуд и изменяется от одной точки пересечения к другой. интерференция фазовый когерентный юнг

Световые волны, имеющие в своем спектре только одну частоту колебаний, называются монохроматическими.

Если разность фаз для двух волн с одинаковыми частотами в любой точке их пересечения не изменяется со временем, то такие волны называются когерентными.

Условие максимума и минимума интерференции

Пусть разделение на две когерентные волны происходит в точке О (рис. 1).

Рис. 1Разделение на две когерентные волны

До точки Р первая волна проходит в среде с показателем расстояние , а вторая в среде с показателем преломления расстояние . Если в точке О фаза колебаний ( ), то первая волна возбуждает в точке Р колебание

,

а вторая

,

,

- фазовые скорости первой и второй волны. Следовательно, разность фаз возбуждаемых волнами колебаний в точке Р равна:

.

Учитывая, что , получим выражение для разности фаз двух когерентных волн:

,

где - оптическая разность хода, L - оптическая длина пути, s - геометрическая длина пути.

Если разность хода равна целому числу длин волн в вакууме

, (1.1)

то , и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе. Следовательно, (1.1) является условием интерференционного максимума.

Если оптическая разность хода

, (1.2)

то , и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими волнами, будут происходить в противофазе. Следовательно, (1.2) является условием интерференционного минимума.

Когерентные или частично когерентные пучки света можно получить двумя способами. Первым способом является деление световой волны по фронту. Именно таким способом впервые интерференция света была продемонстрирована Юнгом. В опыте Юнга пучок солнечного света падал на первый экран с малым отверстием S (рис.1). После первого отверстия вследствие дифракции пучок света становился расходящимся и падал на второй экран с двумя отверстиями S1 и S2. При этом световые пучки, которые выходят из отверстий, будут полностью или частично когерентными. Получение дифракционной картины от них уже рассматривалось нами на примере интерференции двух когерентных пучков.

Рис.2 Схема опыта Юнга

Рис. 3 Интерференционная картина в опыте Юнга

В данной лабораторной работе используется не солнечный свет, как в опыте Юнга, а свет гелей - неонового лазера. Излучение атома возникает только при переходе из возбужденного состояния в состояние, которое соответствует более низкому энергетическому уровню. Возбуждение атома может происходить при поглощении света, под влиянием нагрева или при взаимодействии атома с внешними электронами. Излучение возбужденного атома вынуждается его столкновением с квантом света. При этом атом испускает квант света полностью идентичный кванту, вызвавшему излучение - вторичный квант света. Этот тип излучения называют вынужденным.

Практическая часть

d = 0,110 ± 0,005 мм

L = 90 ± 1,0 см

N = 5

x =

Таблица 1.

Случайная погрешность:

Систематическая погрешность:

O_b = 1 мм

Относительная погрешность:

Абсолютная погрешность:

Окончательный результат:

Вывод

Расчетная длина волны л примерно совпадает с табличным значением (0,38 мкм ? л ? 0,76 мкм); наблюдение интерференции света в опыте Юнга подтверждает волновые свойства света.

Размещено на Allbest.ru