Лабораторный практикум по общей физике. Оптика. Карпов А.В - 40 стр.

                                       Лабораторная работа 7
              Изучение дифракции лазерного света на щели. Дифракция Френеля.
                                    Дифракция Фраунгофера


      В работе изучается дифракция Френеля и Фраунгофера на щели. Наблюдение дифракции в белом
свете практически невозможно из-за низкой пространственной когерентности и монохроматичности
белого света. Допустимая разность хода в дифрагирующих лучах для белого света не превышает 5 – 10
длин волн, т.е. порядка 5 – 10 мкм, что для проведения опытов недостаточно и крайне осложняет
наблюдение. Выделение спектральной линии источника излучения с помощью высококачественных
фильтров или призм увеличивает пространственную когерентность в 102 – 103 раз, однако сильно
ограничивает полезно используемую мощность излучения. Лазер является наиболее удобным
источником излучения при исследовании дифракционных явлений, поскольку его излучение имеет
высокую степень пространственной когерентности и монохроматичности и при этом достаточную
мощность.
      Полупроводниковый лазер является, с учетом его крайне малых размеров, весьма подходящим
источником излучения для подобных задач.
      В рассматриваемой работе для проведения опытов используется полупроводниковый лазер с
длиной волны 670 нм (излучение красного цвета). В корпус лазера вмонтирована специальная оптика,
коллимирующая параллельный пучок. Лазер имеет отдельный блок питания. Блок питания
подключается к напряжению 220В, 50 Гц и имеет небольшие размеры. Хорошее качество излучения и
малые габариты делают использование полупроводникового лазера более предпочтительным, чем
использование в лабораторных работах ртутной лампы и спектрального фильтра и выделение ее узкой
спектральной линии, например, призмой прямого зрения [3].
      В работе использованы материалы [1, 2, 3].
      Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с теорией дифракции, методом зон
Френеля и векторной диаграммой – спиралью Корню [1, 2, 3].


                                      1. Дифракция Френеля
      Для наблюдения дифракции Френеля используется установка, схема которой изображена на
рис. 1. Параллельный пучок излучения полупроводникового лазера дифрагирует на щели S.
Исследуется дифракционная картинка в некоторой плоскости П. В оптическую схему (см. рис. 1)
вводится короткофокусная линза Л. С помощью этой линзы картина дифракции, возникающая в
плоскости П, проектируется на экран наблюдения. Другими словами, наблюдаемая на удаленном экране
Э картина есть просто увеличенное изображение картины дифракции, которая образуется в передней
фокальной плоскости линзы Л (поскольку при L            f , здесь L – расстояние от линзы до экрана,
плоскости П и Э оптически сопряжены: 1 f + 1 L ≈ 1 L ). Поэтому перемещая линзу Л, мы получаем на


                                                   40