Створення інтерференції за допомогою подвійного дзеркала Френеля

Схема досліду

Якщо спрямувати розширений лазерний промінь на два плоскі дзеркала, злегка нахилені одне до одного на невеликий кут, то внаслідок відбивання отримують два когерентні пучки світла, які інтерферують між собою в області перекривання.

На екрані видно інтерференційну картину з паралельних світлих і темних смуг.

Попередні знання

Щоб зрозуміти цей дослід, учні мають бути вже обізнані з хвильовою поведінкою світла. Для унаочнення може стати в пригоді попередній показ інтерференції хвиль на воді.

Принцип

Якщо розбіжний пучок світла падає на подвійне дзеркало Френеля, виникають дві хвилі, які начебто йдуть від двох уявних когерентних джерел світла.

Якщо обидві часткові хвилі спроєктувати на екран, то в області, де відбиті хвилі накладаються, видно інтерференційні смуги.

Навчальна мета

Інтерференцію можна отримати й за допомогою подвійного дзеркала Френеля, адже воно створює з одного розбіжного пучка світла два пучки, які інтерферують.

За відстанню між -м і -м максимумами на екрані та за відстанню між двома уявними джерелами можна обчислити довжину хвилі діодного лазера.

Завдання

• Створення інтерференції за допомогою подвійного дзеркала Френеля.
• Спостереження інтерференційної картини.
• Обчислення довжини хвилі діодного лазера.

Категорично не можна дивитися прямо в лазерне світло.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Рис. 1

Щоб утворити два здатні до інтерференції пучки світла, лазерний промінь роблять розбіжним за допомогою збиральної лінзи . Розбіжний пучок світла падає на подвійне дзеркало Френеля і відбивається від нього на екран (рис. 1).

В області перекривання інтерферують обидва пучки світла, що виходять з уявних джерел і .

Щоб два промені, які виходять з уявних джерел, конструктивно інтерферували на екрані на відстані від джерел, їхня різниця ходу має становити ціле кратне довжини хвилі .

Рис. 2

Якщо через позначити відстань між -м і -м максимумами на екрані, а - відстань між обома джерелами, то за рис. 2 для малих кутів справджується:

Щоб визначити відстань між уявними джерелами, другою збиральною лінзою створюють на екрані два дійсні зображення , відстань між якими тепер можна визначити (див. рис. 3).

За теоремою про пропорційні відрізки з рис. 3 випливає:

( - відстань між лінзами і = фокусна відстань розширювальної лінзи )

З урахуванням (2) з (3) остаточно маємо:

Рис. 3

Установку складають так, як показано на рисунку; риски ковзних опор для кріплення компонентів мають на оптичній лаві такі положення:

• ковзна опора з діодним лазером на
• оправа зі шкалою і вставленою лінзою
• ковзна опора з тримачем пластин для дзеркала Френеля на
• оправа зі шкалою для лінзи

Циліндрична опора з екраном стоїть на відстані від дзеркала Френеля.

Складання разом з екраном

Лазерний промінь вирівнюють паралельно до оптичної осі. За допомогою збиральної лінзи лазерний промінь роблять розбіжним.

В одну з крайніх напрямних тримача пластин вставляють дзеркало Френеля і трохи повертають тримач, доки розширений лазерний промінь не падатиме приблизно однаково на обидві частини дзеркала.

Щоб визначити відстань між інтерференційними смугами, на екрані заздалегідь закріплюють клейкою стрічкою білий аркуш паперу. Тепер водорозчинним фломастером на однаковій висоті позначають середини світлих смуг, а після знімання паперу визначають відстані між ними за допомогою штангенциркуля. Щоб якомога точніше визначити відстань між двома максимумами, доцільно виміряти 10 - 15 ліній.

Насамкінець на шлях променів вносять збиральну лінзу і різко відображають уявні джерела світла в площині проєкції. Третю точку зображення, яку не враховують, спричиняє пряме лазерне світло, що проходить повз дзеркало.

Щоб визначити довжину хвилі лазерного світла, наостанок треба визначити такі відстані:

• відстань між точками зображення уявних джерел
• відстань між збиральною лінзою та екраном
• відстань між збиральними лінзами і

Опрацювання досліду дає такі значення:

Звідси для довжини хвилі діодного лазера маємо:

(Значення з паспорта для довжини хвилі діодного лазера: )