Лазер жарыыны толын зындыын аныктау

Жмысты масаты: Жарык дифракциясы былысын дифракциялы торды кмегімен зерттеу.

Жмысты ысаша теориясы:

Жарыкты дифракциясы деп жарык толындарыны лшемі толын зындыымен шамалас бгетті айналып туін айтады. Негізінен, дифракция мен интерференциялык арасында физикалы айырмашылы жо: екі былыстатолындарды осылуыны нтижесінде жары аьгнын кайта блуіненпайда болады.

Жары дифракциясы Гюйгенс жэне Гюйгенс-Френель принциптерімен тсіндіріледі. Гюйгенс принципі толындарды таралу баытын аныктауа ммкіндік береді. Гюйгенс-Френель принципі амплитудасы мен екінші ретті когерентті толындарды фазасын есептеу аркылы кеістікті кез-келген нктесіндегі корытты толынны амплитудасын табуа ммкіндік береді.

Дифракцияны екі трге бледі. Фраунгофер дифракциясында параллель сулелер шоы жазык толындар. Френель дифракциясында сфералы толындар бгетке тседі.

Жазык жарык толындарша бірдей фазада тербелетін нктелерді геометриялык жары-жазыкты, ал сфералы толкындарда - сфера болады.

Дифракциялык есептеудеарапайьш рі крнекті эдіс Френельді зоналар эдісі болып табылады. Бл эдіс бойынша, сфералык толындык бет онда аудандары бірдей дгелек зоналара блінеді.

Кршілесзоналардан интенсивтігі аныталатын баылаунктесіне жеткен тербелістердін фазалары карама-арсы болады, себебІ кршілес зоналардан баылау нктесіне келген жарык тербелістеріні жол айырмасы /2 те.

Егер толынды бетке сыйан зоналарды саны жп болса, онда баылау нктесіндегі жарык интенсивтілігі минималь болады, себебі кршілес зоналардан баылау нктесіне жеткен тербелістерді амплит>дасы бірдей. фазалары арама-карсы болады.

Егер толкындык бетке сыйан Френель зоналарыны саны так болса. онда баылау нктесіні жарыкталынуы максималь болады.

Лабораторияда дифракцияны дифракциялык тордын кмегімен баылауа болады. Дифракциялык тор деп бірінен-бірі бірдей кашыктыкта

 

орналаскан кптеген те жіішке млдір емес аралытармен белІнген, ені бІрдей саылаулар жийнтыын айтады. d = a + b.

Шамасы дифракциялык торды тратысы немесе периоды дел аталады, мндаы а- кршілес саылауды ені, b- млдір емес аралытьш ені.

Дифракциялык торды монохромат жарыкпен жарыктандыранда крделі дифракциялы бейне максималь жэне минималь интенсивтілікті есептеу шін алынады, сондыктан алдымен бір саылаудан болатын дифракцияны карастырайы(1 сурет).

1 сурет

Саылаудан кейіыгі кеістікте барлы баытта бірдей "арапатын жазык монохромат толкын ені L — а те тар саылауа тссін. Сонда саылауды эр трлі нктелерінен тскен сэулелер экранны алдынз койылан линзаны фокус жазытыында интерференцияланады.

Жарытын, тсу баытына - брыш жасаушы сулелер линзадан -тіп, саылаудын кай жерінен шыкканына туелсіз, р - нктесінде жиналады.

Толындык беттін бір блігін жол айырмасы /2-ге те сулелердін баытына перпендикуляр жазыктытын кмегімен Френель зоналарына блейік.

Берілген баыттаы барлы зоналар жарыкты бірдей шыарады. Жарыкты интерференциялануы кезінде кршілес зоналарды корыткы тербеліс амплитудасы нолге тен, себебі бл зоналар фазалары карама-арсы, амплитудалары бірдей тербелістер тудырады.

Сонымен, р - нктесіндегі интерференция нэтижесІ саылауа анша Френель зонасы сиятынына тэуелді. Егер зоналар саны жп болса,

d sin = 2m (т - 1.2...) (1)

Онда дифракциялы минимум байкалады. Егер зоналар саны так болса,

 

d = (2m + 1) (m = 1.2...) (2)

онда дифракциялы максимум байкалады. т шамасы дифракциялык максимумнын реті деп аталады. = 0 баытында байкалатын нлінші рет ен интенсивті максимум, мнда барлык санылаудан таралан тербелістер бІр фазада болады.

Сонымен, дифракциялык бейнеде экраннын ортасында орталы бас максимум. оны о жане сол жактарына интенсивтігі біртіндеп бэседейтін кгірт жэне ашыл жолактар орналасады.

Енді дифракциялык тора тік тсетін жазык монохромат толкыннын дифракциясын арастырайык. Фокаль жазытыына экран койылан линзаны тора параллель орналастырамыз.

Саылаудан ткен жарык эртрлі брышпен дифракцияланады. Линзаньщ фокшіь жазыктыына орналаскан экранны ртрлі нктесіне трлі фазада келетін кптеген сулелер шоынын косылу нэтижесінде интерференция пайда болады.

Экрандаы бейнеде максимумдар мен минимумдар кезек орналасады. Бас максимумны пайда болу шарты мынаан те:

(3)

р санылаудан алынатын минимумдардын пайда болу шарты

(4)

санылаудан пайда болатын бас минимумда осы брышпен баыланады.

осымша минимумдар баылау нктесіне трлі саылаудан карама-арсы фазада жететін тербелістерді осылуынан пайда болады жне ыына шартты канааттандырады:

(5)

мндаы т = і,2...... N-1,N + 1.... 2N-1.2N+1... т.с.с. (3) тедеуінен толын

зындыын табамыз:

(6)

(6) тедеуді дифракциялы торды формуласы деп аталады.

Егер дифракциялы торды ак жарыпен жарыктандырса, онда толкын зындыыны ртрлі мэндерне сйкес келетін орталык максимумнан (т=0) баска барлык бас максимумдардын орны бір-біріне сэйкес келмейді.

Сондыктан, орталык максимум ак жолак трінде, ал каландары -трлі-тсті жолак. I, II жэне т.б. ретті дифракциялык спектр трінде болады. р жолактьщ гсі клгіннен нлінші максимума жакын кьізьы тске дейін згереді.

осымша минимумдар арасында лсіз косымша максимумдар оолады. Кршілес екі бас минимумдар саны (N-2) боладьт. осымша максимумдарды интенсивтігі жакын орнштаскан бас максимумнын интенсивтігіні 1/22 - інен аспайды.

Нлінші бас максимум те интенсивті болады. Саылауды саны кбейген сайын бас максимумдарды интенсивтігі арта береді.

Берілген нктеде N саылаудан ткен жарык интенсивтІгіні шамасы бір саылаудан ткен жарык шоы беретін интенсивтік шамасынан /V " есе артык болады.

3-ші реттен бастап, спектрлІ сызыктар бэсен интенсивті болады. Бакыланатын бас максимумдар саны торды периоды d мен толкын зындыыны катынасымен аныталады.

sin модулі 1-ден аспайды десек онда (6) формуласынан

m (7)

Бл жмыста жарык кзі ретінде индукцияланан жэне жоары (N-1) Монохроматты, когерентті жарык шыаратын газ лазері колданылады.

Лазер жарыы дифракциялык тордан ДТ тіп, экрана барады жне экранда дифракциялы бейне береді. ондырыны схемасы(2 сурет):

лшеулер:

1. Тратысы (0,01) м-ге те дифракциялы торды оптикалык
орындыка орналастырыдар.

2. ЛазердІ осыдар. Экранда кезек орналаскан кгірт аралыктар жне
кызыл нктелерден тратын дифракциялык бейне алыдар.

3. Орталык жне о жактаы ызыл нктені максимум
араашьщтыын лшедер. Содан со, о жактаы нктеге
симметриялы орналаскан сол жатаы нктемен орталык нктенін
аракашытыын лшедер. лшенген шамаларды орташа мэнін
табыдар. Бл 0-ші жэне к-ші ретті спектрлерді Ап С
аракашыктыы сызышты кмегімен дифракциялы торды экрана
дейінгі аракашытыкты СД лшедер. Содан со sin табындар.
sin = АкС/СД (2.8)

4. (6) - формуланы пайдаланып, толкын зындыын табыдар. СД
-ны згертпей, СД- ны ртрлі мэндері шін Ак С-ты 2-3 ретлшендер. Одан сон СД- ны шамасын згерте отырып, АкС-ты

кайтадан лшецдер.

5. орттабыдар.

6. Абсолют жэне салыстырмалы ателіктерді есептендер.

7. лшенген мндерді кестеге жазыдар.

8. орытынды нтижені мына трде жазындар:

1 кесте

лшеу саны Спектрді реті, к СД аракашытыы AC аракашьітыы sin ортт
             
             
             

= ( + )

Баылау сратары:

1. Жарыкты дифракциясы. Дифракцияны трлері.

2. Гюйгенс-Френель принципі. Френельді зоналар методы.

3. Дифракциялык тор, дифракциялык спектрлер.

4. Бас максимумдар жне минимумдарды пайда болу шарттары.

5. Бір саылаудан болатын дифракция.