- •Экспериментальное исследование светового поля источника видимого излучения
- •Устройство фотометрической головки
- •Необходимые приборы и принадлежности
- •Измерения
- •Определение фокусного расстояния собирательной и рассеивающей линз
- •Определение фокусного расстояния собирательной линзы
- •Если обозначить буквами а и b расстояния предмета и его изображения от линзы, то фокусное расстояние последней выразится формулой
- •Упражнение 2 Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы
- •Изучение зрительной трубы Упражнение 1 Определение увеличения зрительной трубы
- •Упражнение 2 Определение поля зрения оптической трубы
- •Упражнение 3 Определение разрешающей способности оптических систем
- •Литература.
- •Лабораторная работа № 4 Исследование дисперсионных свойств стеклянной призмы в области видимого света спектрометром гс-5
- •Упражнение 1 Определение преломляющего угла призмы
- •Определение угла наименьшего отклонения и показателя преломления стеклянной призмы
- •Определение дисперсии и разрешающей силы стеклянной призмы
- •Вопросы по теме
- •Литература
- •Определение длины световой волны с помощь бипризмы Френеля и щелей Юнга
- •Экспериментальная установка. Экспериментальная установка собрана на оптической скамье.
- •Определение длины световой волны с помощью бипризмы
- •Определение длины световой волны с помощью щелей Юнга
- •Определение радиуса кривизны линзы и длины световой волны с помощью колец Ньютона
- •Упражнение 1 Определение радиуса кривизны линзы
- •Упражнение 2 Определение длин волн линий ртути
- •В пределах первого дифракционного максимума располагается интерференционных полос:
- •Упражнение 1 Определение концентрации растворов
- •Исследование зависимости коэффициента преломления газа от давления
- •Измерения
- •Определение длины световой волны с помощью дифракции Френеля на круглом отверстии Введение
- •Описание установки
- •Измерения
- •Изучение дифракционной решетки и определение длины световой волны Введение
- •Описание установки
- •Определение постоянной решетки и ее угловой и линейной дисперсии
- •Литература.
- •Лабораторная работа № 10 Изучение поляризации света
- •Исследование зависимости интенсивности света, прошедшего через два поляроида
- •Вопросы по теме.
- •Лабораторная работа № 11 Определение длины световой волны квантового генератора с помощью эталона Фабри-Перо
- •Распределение интенсивности в полосах интерферометра Фабри-Перо
- •Обработка результатов. На основании трехкратных измерений
- •Примечание
- •Задание
- •Вопросы по теме.
- •Исследование интегральной излучательной способности нагретых нечерных тел как функции температуры Введение
- •Величина
- •Принцип измерения яркостной температуры
- •Устройство и работа пирометра с исчезающей нитью
- •Описание установки и измерения
- •Для нечерного тела значение j можно записать так:
- •Поэтому из (5) и (6) имеем:
- •6. Зная σ, t, n, w, можно по формуле
Исследование зависимости интенсивности света, прошедшего через два поляроида
1. Познакомиться с устройством и действием установки для изучения поляризации.
2. Вращая подвижный поляроид, отыскать такое его положение, при котором будет обнаруживаться максимум интенсивности пройденного света. Далее это положение принять за нуль отсчета.
3. Вращая поляризатор сначала по ходу часовой стрелки, а затем против, через каждые 10º отметить показания микроамперметра и занести их таблицу 1.
4. По полученным данным построить график зависимости тока (интенсивности света) от угла поворота поляроида.
5. На тех же осях построить теоретическую кривую , принимая за максимальные значения интенсивности света (тока), взятого из эксперимента.
Дать объяснение полученным результатам.
Таблица
º |
I1 , A |
I2 , А |
I3 , А |
I4 , А |
, А |
cos |
cos2 |
+ 90 + 80 . . + 10 0 10 20 . . 90 |
|
|
|
|
|
|
|
Вопросы по теме.
1. Дайте определение света с линейной и круговой поляризацией.
2. Как получить из неполяризованного света линейно поляризованный свет?
3. Сформулируйте закон Малюса.
4. Почему свет поляризуется при прохождении пластинки турмалина?
5. Дайте определение изотропных и анизотропных веществ.
6. В чем заключается явление двойного лучепреломления?
7. Что такое оптическая ось анизотропного кристалла?
8. Каков механизм поворота поляризации в оптически активных средах?
9. Как можно отличить естественный свет с круговой поляризацией?
10. Дайте определение лучевой и нормальной скоростей для анизотропного кристалла.
ЛИТЕРАТУРА.
Г.С.Ландсберг, «Оптика», 1976, §§101-112, стр.370-399.
Д.В.Сивухин, «Оптика», 1980, §§62-70, стр.397-436.
3. Ф.А.Королев, «Курс общей физики», 1974, §40, стр.230-236. §§44-46, стр.253-269.
А.Н.Матвеев, «Оптика», 1985. §§39-45, стр.262-287.
И.В.Савельев, «Курс общей физики», 1967, §§28-34, стр.122-150.
Лабораторная работа № 11 Определение длины световой волны квантового генератора с помощью эталона Фабри-Перо
Введение
Приборы высокой разрешающей способности применяются для измерения контуров спектральных линий, для изучения сверхтонкого строения спектральных линий, для исследования изотопических смещений и др. Спектроскопия высокой разрешающей силы используется также и для точных метрологических измерений. К приборам высокой разрешающей способности относятся спектральные приборы, обладающие способностью 0,01Å и менее. Интерферометр Фабри-Перо получил наибольшее распространение, так как он является наиболее удобным в использовании и более технологичен в изготовлении. Интерферометр Фабри-Перо работает на принципе многолучевой интерференции. Интерференция происходит в плоскопараллельной пластине, стеклянной или воздушной (на рис.1а, 1б). На рисунках показано преломление луча на границе стекло-воздух.
Рис. 1а . Рис. 1б .
В первом случае (рис.1а) пластина изготавливается из цельного стекла или кварца высокой однородности, поверхности S1 и S2 покрыты полупрозрачными отражающими слоями. Во втором случае (рис.1б) воздушная пластина толщиной t ограничена поверхностями S1 и S2, принадлежащими пластинам I и II. Поверхности S1 и S2 также имеют полупрозрачные зеркальные слои.
Рассмотрим действие интерферометра. Интерферометр можно освещать протяженным источником. В этом случае на зеркала падают лучи всевозможных направлений. Выделим элементарный пучок параллельных лучей (плоскую волну), падающий в направлении N (рис.2).
Рис. 2 .
После преломления и частичного отражения на первой поверхности S1 в точке D луч падает на поверхность S2 в точке А под углом падения . В точке А луч снова разделяется, одна часть его проходит через пластинку II и, преломляясь, образует луч 1, другая часть отражается в точке А и затем в точке В и, преломляясь, образует луч 2. Аналогично образуются лучи 3, 4 … , обязанные своим происхождением многократному отражению на S1 и S2. Эти лучи параллельны, и интенсивность их систематически уменьшается с увеличением числа отражений. Лучи, попадающие обратно в первую среду, в последующем рассмотрении не будут приниматься во внимание.
Волны, соответствующие лучам 1, 2, 3, …, являются результатом разделения одной и той же волны, поэтому они когерентны и могут интерферировать. Интерференционная картина будет наиболее резкой в бесконечности или в фокальной плоскости проектирующей оптической системы. Волны, соответствующие отдельным лучам 1, 2, 3, …, дают в данной точке фокальной плоскости результирующую интенсивность, которая зависит от их амплитуд и разности фаз, или разности хода.
Вначале найдем разность фаз между лучами 1 и 2 в бесконечности. Эта разность фаз будет такой же, какой она получается в произвольной плоскости, перпендикулярной лучам. Используем проходящую через точку С плоскость СF АE, которая образует с плоскостью СА угол, равный углу преломления . Известно, что разность фаз двух волн можно найти, умножив разность геометрического пути лучей на 2/ , где - длина волны в данной среде. Обозначим через а длину волны в воздухе, а через g – длину волны в стекле. Разность хода будет тогда равна АВ+ВСAF. Следовательно, разность фаз будет равна 2(АВ+ВС)/ а AF/g. Множитель при 2 обычно называют порядком интерференции. Исходя из рис.2, находим
. (1)
Так как g = a /g и , где g – показатель преломления стекла относительно воздуха, это выражение можно преобразить и оно примет вид
. (2)
Окончательно получаем
2tcos ma . (3)
Следует отметить, что преломление в стеклянной пластинке не влияет на конечный результат.
Как известно из теории интерференции разность хода m определяет условие максимума, если m равно целому числу. Учитывая, что , где - длина волны света в вакууме, а n – абсолютный показатель преломления среды между зеркальными поверхностями (в нашем случае – воздуха) формула (3) запишется:
. (4)
Лучи 1, 2, 3, …, соответствующие углу падения i и расположенные в плоскостях, параллельных в плоскости чертежа, соберутся в фокальной плоскости объектива в точке Мi, расположенной на угловом расстоянии i от осевой линии (рис.2 и рис.3). Аналогичная картина будет наблюдаться для лучей с таким же углом падения i, по параллельным плоскостям, проходящим через осевую линию не параллельно плоскости чертежа (по другому азимуту). Это приводит к тому, что множество светлых точек Мi образуют в фокальной плоскости объектива светлое кольцо радиуса Ri.
Из соотношения (4) следует, что разным значениям порядка интерференции mi, будут соответствовать разные значения i, а следовательно, и разные радиусы
Рис. 3 .
В целом интерференционная картина представляет собой систему концентрических колец, которые получили название полос равного наклона. Соотношение (4) показывает, что максимальное целочисленное значение порядка интерференции m принадлежит внутреннему кольцу и уменьшается к периферии интерференционной картины. При обработке интерферограммы не имеется возможности непосредственным отсчетом определить mi для того или иного кольца. В этом случае счет кольцам удобнее вести от центра к периферии интерференционной картины. Найдем связь между порядком интерференции mi и значением i, приписывая самому внутреннему кольцу i = 0, а m = m0 .
Рис. 4 .
Из рис.4 следует, что mi = m0 i . В этом случае соотношение (4) для произвольного кольца запишется
2tncosi m0 i . (5)
В то же время для центра картины ( = 0) m не обязательно равно целому числу и в общем случае оно равно (m0 + e), где е – дробная часть 0 е 1, так что для центра
2tn m0 e . (6)
Сравнивая соотношения (4) и (6) легко заметить, что если в соотношении (4) m и - независимые друг от друга переменные, то в соотношении (6) m0 и взаимозависимы так, что определенному m0 соответствует вполне определенная 0 и е = е0 . В этом случае любую меняющуюся надо рассматривать как величину, отличающуюся от 0, то есть = 0 .
С учетом сказанного соотношения (6) можно записать
2tn m0 e00 . (6а)
Используя соотношения (5) и (6а), получим
. (7)
Если излучение является монохроматическим, то = 0 и соотношение (7) запишется
, или 2tn(1 cos i)=(i e0)0 .
Для малых углов ; с другой стороны из рис.3 следует, что для i-го кольца . В этом случае соотношение (7) принимает вид
, (8)
или
, (8а)
где D – диаметр кольца. Продифференцировав соотношение (8), получим
.
Так как при переходе от одного кольца к другому i меняется на 1, то
, (9)
отсюда следует, что по мере увеличения радиуса кольца располагаются все теснее друг к другу.