Часть 1. Изучение дифракции лазерного излучения на дифракционной решетке. Определение длины волы излучения.

Для наблюдения дифракции лазерного излучения используется установка, изображенная на рис. 13, которая состоит из полупроводникового лазера (1), укрепленного на штативе, и дифракционной решетки (2).

Рис. 13

ЛАЗЕР

Рис. 14

Луч лазера освещает дифракционную решетку. Дифракционную картину, состоящую из линейки ярких пятен, наблюдают на экране (3), расположенном перпендикулярно лазерному лучу на расстоянии l от дифракционной решетки. Для наблюдения используется схема (рис. 14), на которой стрелки показывают направления распространения дифрагированных лучей; х₂, х_-2 – расстояния от нулевого дифракционного максимума до максимумов (2-го) и (-2-го) порядков, соответственно.

Так как дифракционная решетка представляет собой совокупность параллельных прозрачных и непрозрачных полосок, то при ее освещении соседние прозрачные полоски становятся вторичными источниками света. Часть света просто проходит сквозь решетку по пути распространения лазерного луча и образует на экране дифракционный максимум нулевого порядка (цифра 0 у экрана – рис.14). Излучение, испускаемое полосками почти по всем направлениям, имеет разные сдвиги фазы и, суммируясь на экране, взаимно погашается, давая нуль. Однако, по некоторым избранным направлениям, излучение, испускаемое соседними полосками, имеет сдвиг фазы кратный 2π, то есть равный целому числу волн. Такое излучение складывается на экране, давая яркие пятна, а зависимость интенсивности от расстояния от центра пучка имеет резкие максимумы (рис. 15).

Рис. 15 Интенсивность дифракционной картины, создаваемой дифракционной решеткой.

Ход работы

1. Установите дифракционную решетку на штативе перпендикулярно лазерному лучу. На расстоянии l=11см от решетки положите экран (лист миллиметровой бумаги или лист белой бумаги с координатными осями), измерьте это расстояние точно.

2. Включите лазер, нажав кнопку 4 (рис. 14) и теперь вы можете наблюдать на экране дифракционную картину, состоящую из линейки ярких пятен. Экран расположите таким образом, чтобы начало координат совпало с самым ярким дифракционным максимумом нулевого порядка, и отметьте его положение и положение других ярких точек на координатной оси как вправо, так и влево от начала координат.

3. Измерьте расстояния x_m – от нулевого максимума до максимумов m–го и -m–го порядков по три раза для каждого максимума и запишите результаты в таблицу 2.

4. Вычислите средние значенияи, а также среднее расстояниедля максимумовпорядков.

5. Приняв период дифракционной решетки d=0.01мм, вычислите длину волны λ лазерного излучения для всех рассчитанных значений x_m по рабочей формуле:

где x_m – расстояние от центрального, нулевого максимума до максимума m–го порядка, m - порядок дифракции (максимумов), l - расстояние от дифракционной решетки до экрана.

Рабочая формула (1) получена из условия , а так как угол

дифракции φ мал, то можно записать .

Результаты вычислений и измерений запишите в таблицу 2.

Таблица 2.

Порядок максимумов m	Расстояние от нулевого максимума до m–го порядка максимума и -m-го, мм		Среднее расстояние , мм	Длина волны λ, нм
0	, мм	, мм

	=	=
	, мм	, мм