ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. МЕТОД ЮНГА.

Цель работы: Определение длины волны лазерного излучения по интерфе-ренционной картине.

Оборудование: 1. Блок лазерного излучателя (БЛИ) (прибор ЭСФЭ-1 «Оптика» ).

2. Блок линз (БЛ) (f = 11 мм ).

3. Щели Юнга, объект [ 2 – 1 ].

4. Подставка для объекта.

5. Экран.

6. Метровая и миллиметровая линейки.

                Теория.

    Наблюдение интерференции света от естественных источников света затруднено прежде всего тем, что они излучают немонохроматический свет. Кроме этого, излучение происходит хаотично отдельными цугами волн. Продолжительность цуга не превосходит 10^-8 сек. Поэтому при использова-нии двух естественных источников фазовые соотношения для любой точки пространства изменяются хаотично и наблюдение интерференционной кар-тины практически невозможно . Отсюда следует, что для наблюдения интер-ференционной картины от естественных источников необходимо создать специальные условия. Для этого свет от одного источника необходимо разде-лить на два пучка, а затем наложить их друг на друга. Если в результате этого разность хода от источника до точки наблюдения для этих двух волн не бу-дет превышать длину цуга, то случайные изменения амплитуды и фазы в этих пучках будут согласованными. Такие пучки называются полностью или частично когерентными.  

    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.

Юнг провел следующий опыт (рис. 1): малое отверстие в виде щели в непрозрачном экране, расположенное перпендикулярно рисунку, освещается интенсивным источником. Согласно принципа Гюйгенса, оно становится новым источником сферических волн. Эти волны падают на две следующие щели В₁ и В₂, параллельные первой, которые становятся новыми источниками (рис.1).

Световые волны, испускаемые этими источниками, в области Д накладываются друг на друга. Так как колебания в В₁ и В₂ вызываются одной и той же падающей на них волной, то они совершаются в одинаковой фазе и с одинаковыми амплитудами, т.е. эти волны когерентные. Волны, исходящие из В₁ и В₂, сходятся в каждой точке экрана с разностью хода, определяемой пройденными ими путями. В зависимости от этой разности хода они усиливают или ослабляют друг друга.

Пусть В₁ и В₂ расположены на расстоянии t друг от друга (рис. 2).

Колебания В₁ и В₂ совершаются в одной фазе, результат интерференции наблюдается на экране ДД₁, отстоящем от В₁В₂ на расстоянии L, много большем по сравнению с t. Необходимо определить разность хода D, с которой приходят волны в точку Д экрана, отстоящую от его середины О на расстоянии l_к. Так как t и l_к много меньше L, то из подобия треугольников В₂ВМ и ОО´Д приближенно и можно записать

,                                            (1)

откуда                               .                                        (2)

Если D = к l , то в точке Д будем наблюдать свет (max),

если      , то в точке Д будем наблюдать темноту (min).

Если источники А, В₁ и В₂ (рис. 1) представляют собой щели, перпендикулярные рисунку, то интерференционная картина будет в виде полос.

Если в точке Д свет, то

 ,                                     (3)

откуда

,                                 (4)

где "к"= 0, 1, 2,... – соответствующий номер светлой полосы.

Расстояние между соседними светлыми полосами называется шириной темной полосы.

Тогда

;                                    (5)

;                              (6)

;                                   (7)

.                                       (8)

Аналогично определяется ширина светлой полосы. Можно показать, что

,                      (9)

отсюда                            .                                    (10)

Следовательно, для определения длины волны монохроматического излучения по интерференционной картине нужно знать Dl, t и L.

Описание экспериментальной установки.

        Особенностью данной работы является использование в качестве источника света оптического квантового генератора – лазера.

    Схема установки представлена на рис. 3

где: 1 – источник лазерного излучения с рассеивающей линзой, введенной в блоке линз;

2 – щели Юнга, объект [2 – 1], расстояние между щелями f = -11 мм.

3 – экран наблюдения, который должен быть на расстоянии L >> t .