Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Цель работы: наблюдение и изучение интерференции света в тонких пленках на установке для получения “колец Ньютона”.
Приборы и принадлежности: микроскоп с измерительным окуляром, плосковыпуклая линза, стеклянная подложка, светодиодный осветитель.
Литература: [1, §§ 170-174], [2-5],[11,12].
План работы:
1. Интерференция света при образовании колец Ньютона
В данной работе изучается интерференция света в тонких пленках, возникающая при отражении света от двух поверхностей.
|
Рис. 4.1. Схема хода лучей при наблюдении колец Ньютона |
Объяснение образования колец Ньютона основано на явлении интерференции световых волн при нормальном падении плоской световой волны 1 на систему, состоящую из линзы и стеклянной пластины (рис.4.1). Отражение интерферирующих световых волн 2 и 3 происходит в точках А и В. Наблюдение интерференции света возможно, если оптическая разность хода между волнами 2 и 3 значительно меньше их длины когерентности , где - скорость света, - время когерентности источника света. |
Условие наблюдения интерференции лучше выполняется при большом радиусе кривизны линзы. Попадая в глаз наблюдателя, эти волны и обуславливают интерференционную картину. Продолжения лучей 2 и 3 пересекаются в точке С, расположенной поблизости от точек А и В. При большом радиусе кривизны линзы можно считать, что волны 2, 3 отражаются почти по нормали к поверхности линзы.
Оптическая разность хода волн 2 и 3, отраженных в точках А и В и интерферирующих в отраженном свете, определяется соотношением:
D=2dn + l/2, (4.1)
где d – толщина зазора между пластиной и линзой, n – показатель преломления среды, заполняющей пространство между ними, в данном случае средой является воздух с . Слагаемое l/2, где l – длина волны падающего света, учитывает изменение фазы волны при отражении света от оптически более плотной среды (потеря полуволны), которое имеет место в точке В. Разность хода интерферирующих волн
D=2d + l/2, (4.2)
одинакова для всех волн, отраженных на одинаковом расстоянии от геометрического центра системы (точки соприкосновения линзы и пластины). Поэтому интерференционная картина имеет вид концентрических колец (полосы равной толщины). Из условия минимума при интерференции
D=(2m + 1)l/2, (4.3)
где m = 1,2,3,… (целое число), следует свойство темных колец
2d = ml. (4.4)
В центре картины, при d=0 и разности хода отраженных волн, равной l/2, находится темное пятно.
Связь между радиусом темного кольца r, радиусом кривизны линзы R и длиной световой волны l может быть найдена с помощью теоремы Пифагора (рис.4.1),
, r2 = 2Rd – d2. (4.5)
При малой по сравнению с радиусом R толщине зазора d,
, (4.6)
и с учетом (4.4) получим выражение
, (4.7)
благодаря чему появляется возможность определения длины волны
, (4.8)
по значению радиуса -го кольца.
Однако применение выражения (4.8) для обработки результатов измерений может привести к большой погрешности. Дело в том, что на поверхности даже очищенного стекла имеются пылинки, из-за которых между линзой и пластинкой может образоваться дополнительный зазор величиной а. Из-за него возникает дополнительная разность хода, равная (рис.4.2а) и формулы (4.6), (4.7) изменяются:
. (4.9)
С другой стороны, форма стеклянной линзы в точке контакта с пластинкой может отличаться от идеальной, что означает уменьшение разности хода на величину . В этом случае
. (4.10)
Хотя величина a в формулах (4.9), (4.10) не может быть измерена точно, длину волны можно найти без нее. С помощью разности выражений (4.9) или (4.10) для колец с номерами и получим
, (4.11)
откуда
l= (4.12)
Оптическая схема для наблюдения колец Ньютона изображена на
рис. 4.2. В качестве источника монохроматического излучения используются светодиоды. Прозрачный пластмассовый корпус светодиода играет роль линзы Л1 и преобразует свет от находящегося внутри него точечного источника S в почти параллельный пучок, падающий на плоскопараллельное полупрозрачное зеркало ППЗ. Отраженный от него пучок падает на линзу Л2, лежащую на пластинке Пл. Отраженный вертикально вверх от системы линза-пластина, свет проходит через полупрозрачное зеркало и попадает в объектив микроскопа М. Полупрозрачное зеркало и объектив микроскопа скомпонованы в один узел и составляют «опак-иллюминатор». Цена деления шкалы, видимой в окуляр микроскопа зависит от объектива, в данном случае она равна 0,2 мм. При вращении барабана окуляра микроскопа в поле зрения передвигается перекрестие. Одному делению в поле зрения микроскопа соответствует 100 делений барабана. Цена деления шкалы барабана микрометра 2 мкм. Радиус кривизны линзы 18 см.
|
Рис. 4.2. Схема установки для наблюдения колец Ньютона |
3. Измерение диаметров колец Ньютона
Измерения выполните в следующем порядке:
Таблица 4.1
|
Номер кольца m |
Левый конец диаметра (дел. бар.) |
Правый конец диаметра (дел. бар.) |
Диаметр (дел. бар.) |
, мкм |
|
3 |
||||
|
4 |
||||
|
5 |
||||
|
… |
4. Определение длин волн светового излучения
Обработку результатов выполните в следующем порядке:
. (4.13)
3. Затем рассчитайте абсолютную погрешность по формуле:
(4.14)
4. Ответ запишите в форме , где - максимальное из трех значений.
Таблица 4.2
|
№ |
, мкм |
, мкм |
, мкм |
, мкм |
|||
|
1 |
|||||||
|
2 |
|||||||
|
3 |
Контрольные вопросы