Методика эксперимента и порядок выполнения работы.

1. Включить лазер.

Внимание!!! Нельзя направлять луч света лазера непосредственно в глаз. В любой оптической установке смотреть надо вдоль луча, а не навстречу!

2. В блок линз ввести рассеивающую линзу с фокусным расстоянием

f = -11 мм .

В этом случае мнимый фокус линзы можно рассматривать как точечный источник, создающий расходящийся световой пучок.

3. На пути расходящегося светового пучка на расстоянии 10 см от блока линз установить подставку со щелями поперек лазерного луча получите на экране интерференционную картину. Экран наблюдения должен находиться на расстоянии L = 1 м. Получить на экране интерференционные полосы.

4. Измерить ширину интерференционной картины l, содержащей N – интерференционных полос. Измерения начинаются с темной полосы (см. рис. 4).

В настоящем конкретном случае N = 3.

5.Измерения провести 3 раза для разного числа интерференционных полос при постоянном расстоянии от щели Юнга до экрана наблюдения (L = const).

    Результаты вынести в таблицу.

t = 0,1 мм х = 10 см f = -11 мм    

Таблица

№	L м	l мм	N		λ	Δλ
1	1
2	1,1
3	1,2
Ср. зн.

5. по формуле (10) определить длину волны лазерного излучения.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление интерференции?

2. Какие источники называются когерентными?

3. В чем состоит условие максимумов и минимумов света при интерференции когерентных волн?

4. Знать вывод рабочей формулы (10).

Рекомендуемая литература.

1. Грабовский, Р.И. Курс физики / Р.И. Грабовский. – СПб: Лань, 2002.

2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: ACADEMA, 2005.

3. Глухова Г.Н., Попова С.В. Волновая оптика учебное пособие. БелГу. 2004.

Приложение:

    Интерференцией называется явление, возникающее при наложении двух (и более) волновых процессов, имеющих одинаковую частоту и выражающееся в перераспределении энергии волн в пространстве.

    Для световых волн большой интерес представляет сложение излучений, имеющих одинаковую частоту.

    При сложении волн наблюдаются два случая:

1. Сложение нескольких волн одинаковой частоты приводит просто к сложению интенсивностей отдельных колебаний;

2. Имеет место более сложные явления, когда в одних местах результирующая интенсивность оказывается значительно больше суммы интенсивностей падающих излучений, в других местах - значительно меньше.

Наша задача выяснить причины такого различия в сложении нескольких световых излучений. Рассмотрим это на примере сложения двух плоско-поляризованных в одной плоскости электромагнитных волн, исходящих от двух различных источников, скорости которых направлены вдоль оси х.

Для простоты положим, что эти два колебания имеют одинаковые амплитуды.

Для фиксированной точки поля от волновой функции переходим к гармоническим колебаниям:

,

,

где и  – мгновенные значения напряженности электрического поля каждой волны в данной точке,

 – амплитуда, одинаковая для двух колебаний,

 и  – начальные фазы колебаний.

    Тогда, согласно принципу суперпозиции, результирующая напряженность Е_р будет равна сумме:

.                    (1)

    С другой стороны, результирующее колебание будет совершаться с амплитудой  и фазой  и определяться выражением (2):

.                             (2)

    Приравниваем (1) и (2) и преобразуем эти выражения:

;                

. (3)

Выражение (3) будет справедливо, если отдельно будут равны члены, содержащие  и , т.е.

                  (4).

    Разделив (4а) на (4) получим:

,                             (5)

где  - начальная фаза колебаний результирующей волны.

    Для нахождения амплитуды результирующего колебания возведем в квадрат левые и правые части выражений (4) и (4а) и сложим их:

.                              (6)

    Энергия электрического поля пропорциональна , а интенсивность света пропорциональна энергии, следовательно, интенсивность света пропорциональна .

    Учитывая это, выражение (6) перепишется в виде:

,                                           (7)

где I₀ – интенсивность света одного источника, I_p – результирующая интенсивность света.

    Если частоты колебаний в обоих волнах n – одинаковы, а разность фаз ( ) остается постоянной во времени, то волны называются когерентными.

    Если = , где = 0, 1, 2…, то результирующая интенсивность в данной точке поля имеет максимум:

    Если , где  = 0, 1, 2…, то результирующая интенсивность имеет минимум:

.

    При промежуточных значениях разности фаз ( ) интенсивность будет принимать промежуточные значения. График изменения интенсивности света вдоль оси х будет иметь вид (рис. 1):

Рис. 1

    Таким образом, при наложении когерентных световых волн происходит перераспределение светового потока (энергии) в пространстве, в результате чего в одних местах возникают максимумы интенсивностей , а в других .

    Это явление называется интерференцией световых волн.

    Причем это перераспределение энергий в пространстве носит устойчивый характер во времени.

    Источники света с одинаковой частотой, у которых разность фаз не зависит от времени и которые дают устойчивую во времени интерференцию света, называются когерентными.

    Если источники не связаны друг с другом и колеблются независимо, то разность фаз  имеет различные случайные значения от 0 до . Значения  могут с равной вероятностью быть, как положительными, так и отрицательными (от +1 до –1), и тогда  в среднем по времени будет равен 0. Результирующая интенсивность от двух источников света при этом будет равна сумме интенсивностей

.

На рис.1. эта величина изображена пунктирной линией, т.е. для таких световых волн интенсивность результирующего колебания не будет меняться, следовательно, перераспределение энергии в пространстве происходить не будет. Источники называют некогерентными. Интерференционная картина не наблюдается.

    Из опыта известно, что любые два независимых источника не дают интерференционной картины, а освещенность поверхности монотонно убывает по мере удаления от источника. Это объясняется тем, что естественные источники света не когерентны.

    Излучение светящегося тела складывается из волн, испускаемых возбужденными атомами. Излучение отдельного атома продолжается около 10^-8с. За это время успевает образоваться последовательность ряда излучений (или, как говорят, цуг волн).

    «Погаснув», атом через некоторое время «вспыхивает» вновь. Однако фаза нового цуга волн никак не связана с фазой предыдущего цуга. Одновременно «вспыхивает» большое количество атомов. Возбуждаемые ими цуги волн, налагаясь друг на друга, образуют испускаемую телом световую волну. В падающей волне излучение одной группы атомов через время порядка 10^-8с сменяется излучением другой группы, причем фаза результирующей волны претерпевает случайные скачкообразные изменения.

    Когерентные световые волны можно получить, разделив (с помощью отражения и преломления) волну, излучаемую одним источником, на две части. Если эти две волны заставить пройти разные оптические пути, а потом наложить их друг на друга, наблюдается интерференционная картина.