5.4. Описание эксперимента

В данной работе используется киноформная линза, выштампованная из органического стекла так, что фазовый профиль ее зон близок к параболическому. Установка для исследования КЛ включает в себя светодиод в качестве источника монохроматического света, КЛ на подставке (рейтере) и экран, на котором наблюдают изображение светящегося светодиода. Измерения выполняются на оптической скамье, вдоль которой могут перемещаться рейтеры с киноформной линзой, экраном и светодиодом. Расстояния между деталями оптической системы измеряют с помощью рулетки. Наводка изображения на резкость производится на глаз. Чтобы уменьшить роль возникающих при этом неточностей, измерения в каждом случае рекомендуется выполнять несколько раз, а результаты – усреднять.

Фокусное расстояние КЛ можно определять различными способами [5].

Способ 1. определяют, исходя из формулы (5.2). Для этого нужно измерить расстояния от светодиода до КЛ и от КЛ до его изображения на экране.

При измерениях на одном конце оптической скамьи устанавливают рейтер со светодиодом, на другом – рейтер с экраном. Перемещая КЛ вдоль скамьи, получают на экране четкое изображение светодиода, и с помощью рулетки отсчитывают расстояния и . Затем изменяют расстояние между светодиодом и экраном и вновь повторяют измерения. Рекомендуется три измерения выполнить при увеличенном и три – при уменьшенном изображении. Результаты измерений заносят в табл. 5.1 и по ним вычисляют фокусное расстояние , его среднее значение , абсолютную и относительную погрешности.

Таблица 5.1

Результаты измерений и определения фокусного расстояния КЛ

способом 1

№ п/п
	см	см	см–1	см–1	см	см	см	%
1
2
…
6

Полезно проверить совместимость полученных результатов. Для этого строят график, по осям которого отложены значения и . Если результаты опыта описываются формулой (5.2), то все точки должны лечь на прямую, отсекающую на обеих осях отрезки, равные . По графику находят тоже среднее значение фокусного расстояния.

Способ 2. Пусть расстояние между светодиодом и экраном превышает . При этом всегда найдутся два таких положения КЛ, при которых на экране получаются отчетливые изображения светодиода: в одном случае (I) – увеличенное, в другом (II) – уменьшенное (рис. 5.4).

Из соображений симметрии ясно, что и . О бозначая расстояние между светодиодом и экраном через , а расстояние между двумя положениями КЛ через , получим и . Отсюда

и . (5.4)

Подставляя (5.4) в формулу (5.2), найдем после несложных преобразований:

. (5.5)

Таким образом, для определения фокусного расстояния достаточно измерить расстояние между светодиодом и экраном и расстояние между двумя положениями КЛ, при которых на экране получаются четкие изображения. Опыт проводится при трех расстояниях . Найденное при усреднении результатов фокусное расстояние следует сравнить с значением, полученным при измерениях первым способом.

Таблица 5.2

Результаты измерений фокусного расстояния КЛ

способом 2

№ п/п
	см	см	см	см	см	%
1
2
3

Зная фокусное расстояние КЛ, можно по формуле (5.3) определить радиус ее первой зоны. Следует отметить [4], что для киноформной линзы радиус первой зоны в раз больше, чем для зонной пластинки, поскольку разность хода от краев двух соседних зон здесь , а не как для ЗП. С учетом этого формула (5.3) дает для радиуса первой ( ) зоны выражение:

. (5.6)

При расчете по этой формуле нужно положить, что длина волны излучения светодиода равна .

Сделать вывод, в котором обсудить совпадение или расхождение результатов измерения фокусного расстояния киноформной линзы разными способами. Какой способ точнее?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ландсберг, Г. С. Оптика : учеб. пособие для студентов физических специальностей вузов. – Изд. 6-е, стереотип. – М. : Физматлит, 2003. – 848 с.

2. Трофимова, Т. И. Курс физики : учеб. пособие. – М. : Изд. центр «Академия», 2005. – 560 с.

3. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие: в 3 т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – СПб. : Лань, 2007. – 320 с.

4. Шредер, Г. Техническая оптика / Г. Шредер, Х. Трайберг. – М. : Техносфера, 2006. – 424 с.

5. Лебедева, В. В. Экспериментальная оптика: оптические материалы, источники, приемники, фильтрация оптического излучения. – М. : Физматлит, 2002. – 316 с.

6. Крылов, К. И. Основы лазерной техники / К. И. Крылов, В. Т. Прокопенко – М. : Физматлит, 2002. – 316 с.

7. Ахманов, С. А. Физическая оптика: учебник / С. А. Ахманов, С. Ю. Никитин. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 1998. – 656 с.

8. Стафеев, С. К. Основы оптики / С. К. Стафеев, К. К. Боярский, Г. С. Башнина. – СПб. : Питер, 2006. – 336 с.

Составитель

Зайцев Геннадий Иванович

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОПТИКА