Лабораторная работа №1

РМС 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ЩЕЛЯМИ В ОПЫТЕ ЮНГА

Цель работы - определение расстояния между щелями по интерференционной картине в схеме опыта Юнга.

Общие положения

Одним из первых ученых, кто наблюдал явление интерференции, был Томас Юнг, который в 1802 году получил интерференционную картину в установке показанной на рис. 1. Свет, предварительно прошедший через светофильтр, проходя через отверстие S в экране А падал на экран В, в котором были проделаны две тонкие щели S₁ и S₂. Эти щели являлись когерентными источниками света, и давали достаточно четкую картину интерференции на экране С. В настоящей лабораторной установке вместо обычного источника света со светофильтром для повышения степени когерентности используется лазерный источник излучения. Схема опыта представлена на рис. 2, где S₁ и S₂ - источники когерентного излучения, s₁ и s₂ - пути света от источников до точки наблюдения Р, d - расстояние между щелями, L - расстояние между экранами В и С.

Разность фаз колебаний возбужденных волнами, приходящими в точку Р от источников S₁ и S₂, равна:

,

где - оптическая рахность, Ds - геометрическая разность длин волн; n - показатель преломления среды. Отсюда следует, что если в Δ укладывается целое число длин волн (± nλ₀), где λ₀ - длина волны в вакууме, то разность фаз оказывается кратной 2π, и в этой точке будет наблюдаться интерференционный максимум (усиление света).

Если в Δ укладывается полуцелое число длин волн (± (n + 1/2)λ₀), то будет возникать интерференционный минимум (ослабление света).

Из геометрии рис. 2 видно что:

.

Откуда

.

Учитывая что d << l, а S₁ + S₂ » 2Lи умножив последнее равенство на n - показатель преломления среды получим оптическую разность хода

.

Подставим в это выражение условия наблюдения максимума и минимума интерференции; получим соответственно:

Ширина интерференционной полосы на экране будет определяться соотношением

.

Описание лабораторной установки

Источником света служит полупроводниковый (GaAs) лазер (λ = 650 нм). Параллельный световой пучок освещает фотолитографический тест-объект МОЛ-1 или МОЛ-2, который представляет собой тонкий стеклянный диск с непрозрачным покрытием, на котором по кругу параллельно радиусу нанесены пары щелей с разными расстояниями между ними. Пары щелей равной ширины объединены в группы по четыре. В пределах групп изменяются расстояния между щелями. Свет, интерферируя на паре щелей, падает на экран, на котором и проводятся измерения периода интерференционной картины (Δх). На рисунке приведен внешний вид лабораторной установки РМС 3, аналогичная оптическая схема может быть собрана также в комплекте РМС 1.

Порядок выполнения работы

1.         Добиться четкого изображения интерференционных полос.

2.         Провести несколько (около пяти) измерений ширины интерференционной полосы для каждой из пар щелей. Полученные данные усреднить. Данные занести в Таблицу 1, где Δх - усредненное значение ширины интерференционной полосы.

Таблица 1

3.         По результатам измерений, зная величину L (она равна сумме расстояний между экраном и зеркалом и зеркалом и фотолитографическим объектом) и длину волны излучения полупроводникового лазера (λ = 650 нм), рассчитать расстояние между щелями по формуле:

d = λL/Δx.

Получится по одному значению d для каждой пары щелей из группы. Полученные результаты занести в Таблицу 2.

Таблица 2