3451 ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА С ПОМОЩЬЮ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ

Цель работы: получение интерференционной картины, измерение длины волны света и распределения интенсивности света в картине интерференции.

 

Элементы теории

 

 

Интерференция двух квазиплоских волн может быть получена по схеме, показанной на рис.1. Плоская волна проходит через бипризму Френеля, в результате преломления в призме получаются две волны, распространяющиеся под углом 2q друг относительно друга. Угол q связан с преломляющим углом призмы n соотношением q=n(n-1) [3], где n - показатель преломления призмы.

 

Рис. 1

 

Результат интерференции двух плоских волн, распространяющихся под углом q к оси z , определяется соотношением

 

,         (1)

 

где I1 и I2 - интенсивность первой и второй волн соответственно,

Dk=2ksinq=4p/l sinq (см. рис.2).

При I1=I2=I0 образуется интерференционная картина в виде параллельных полос с гармоническим распределением интенсивности вдоль оси x (решётка Рэлея), которое показано на рис. 1.

.                                     (2)

 

Схема, показанная на рис.1, может быть реализована при использовании источника света с высокой степенью пространственной когерентности- лазера.

Как следует из (1), максимальные значения интенсивности света получаются при Dkx=2mp(m=±0,1,2,ј). Поэтому расстояние d между соседними интерференционными полосами равно

 

.                                             (3)

 

Величина d зависит от длины волны l и угла 2q между волновыми векторами к1 и к2. Следовательно, различимая интерференционная картина может быть получена при малых углах q. Длина световой волны может быть найдена при известном q в результате измерения расстояния d между интерференционными полосами.

Качество интерференционной картины зависит от временной и пространственной когерентности источника света. Пространственная когерентность связана с размерами источника d и угловой апертурой w соотношением [1]

 

.                                            (4)

 

При соблюдении этого условия все точки волнового фронта в пределах поля интерференции можно считать когерентными. Поэтому на пути света от источника помещают достаточно узкую щель. Для естественных источников света ширина щели d составляет доли миллиметра.

 

Экспериментальная часть

 

Общая схема эксперимента показана на рис. 3.

Для проведения эксперимента использованы два источника света: He-Ne лазер 1 и светодиод 2. При наблюдении и проведении измерений от лазерного источника с помощью окуляра 7 на пути лазерного луча необходимо установить ослабитель 3 для уменьшения интенсивности лазерного излучения, попадающего в глаз (!!!).

 

 

Рис. 3

 

Интерференционная картина от светодиода, степень пространственной когерентности которого значительно ниже степени пространственной когерентности лазера, может быть получена при ограничении волнового фронта с помощью узкой щели 4. Ширина щели подбирается экспериментально для наблюдения чётких полос интерференции в окуляр 7. Ход лучей в бипризме показан на рис.4.

Рис. 4

 

Щель S устанавливается строго параллельно преломляющему ребру призмы. Можно показать, что в случае, когда преломляющий луч угол n призмы мал, все лучи отклоняются призмой на практически одинаковый угол, равный

 

,                                           (5)