Nazwisko i Imię : Daniel Ząbek	Rok i kierunek studiów: I Informatyka
Temat ćwiczenia : Pomiar długości fali świetlnej na podstawie interferencji w układzie optycznym do otrzymania pierścieni Newtona
Data wykonania pomiaru : 11.03.1997	Numer ćwiczenia : 19

I Wprowadzenie:

Dla fal elektromagnetycznych, tak samo jak dla fal sprężystych spełniona jest zasada superpozycji fal. Zasada ta mówi, że fale rozchodzą się w przestrzeni niezależnie od siebie. Superpozycja dwu lub więcej fal harmonicznych o tych samych częstościach pozwala na sumowanie ich w każdym punkcie przestrzeni, w wyniku czego obserwuje się interferencję. Obraz interferencji dwóch fal można obserwować tylko wtedy, gdy różnice faz między tymi falami są stałe w czasie obserwacji. Fale takie nazywamy spójnymi. Spójne wiązki światła można otrzymać rozdzielając (przez odbicie lub załamanie) an dwie wiązki światło wysyłane przez niewielki obszar źródła rozciągłego. Każdy ciąg falowy ulega przy tym rozdzieleniu na dwa ciągi falowe wchodzące w skład dwu różnych wiązek. Ciągi te są ze sobą spójne i mogą dać stały obraz interferencyjny, niezależnie od tego, przez który atom i w jakiej chwili zostały wysłane. Obraz powstający na ekranie w wyniku interferencji spójnych wiązek światła monochromatycznego jest taki, jak gdyby interferowały proste fale harmoniczne.

II Ogólny zarys teoretyczny:

Rozdzielenie wiązki światła na dwie wiązki zawierające po jednej części każdego ciągu falowego uzyskuje się m.in. w układzie do otrzymania pierścieni Newtona. Obraz interferencyjny w postaci prążków w kształcie współśrodkowych okręgów uzyskuje się tu przez umieszczenie soczewki płasko - wypukłej o dużym promieniu krzywizny na płaskiej płytce szklanej, pomiędzy którymi istnieje cienka warstwa powietrza o stopniowo rosnącej grubości w miarę oddalania się od punktu centralnego (styczności). Monochromatyczne promienie równoległe, padające prostopadle na płaską powierzchnię soczewki przechodzą przez szkło i częściowo ulegają odbiciu od powietrza (na drugiej powierzchni granicznej soczewki), a częściowo przechodzą dalej przez warstwę powietrza, ulegają odbiciu od płytki szklanej i wracają do obserwatora. Część wiązki odbita i ta, która dwukrotnie przeszła przez warstwę powietrza o grubości d odbijając się interferują ze sobą. Różnica ich dróg optycznych wynosi:

Wielkość wynika ze zmiany fazy na przeciwną przy odbiciu od ośrodka optycznie gęstszego na powierzchni płytki.

Rys.Geometryczna interpretacja warunku interferencji.

W celu ustalenia zależności między promieniami pierścieni jasnych lub ciemnych i długością fali przeprowadzamy analizę geometryczną:

Ponieważ d jest bardzo małe w porównaniu z 2R, można ostatnią zależność wyrazić:

Gdy różnica dróg optycznych równa się nieparzystej wielokrotności połówek długości fali, powstaje pierścień ciemny o promieniu r_n:

Podstawiając kolejno za n 1,2,3 . . .,a następnie odejmując stronami dowolną parę równań otrzymujemy:

Przebieg ćwiczenia:

Zadaniem ćwiczenia jest pomiar długości fali świetlnej światła monochromatycznego, które uzyskuje się przez wydzielenie z wiązki światła białego, wąskiego przedziału długości fal przy użyciu filtrów interferencyjnych.

Ćwiczenie dzieli się na dwie części:

1.Wyznaczenie promienia krzywizny soczewki.

należą mierzyć w dwie strony od środka w celu uśrednienia wartości. Promień krzywizny Promień ten wyznaczamy przy oświetleniu monochromatyczną wiązką światła o znanej długości fali, otrzymaną z palnika sodowego przystawionego do oświetlacza. Po ustawieniu ostrości mikroskopu, naprowadzić punkt centralny pierścieni tak, aby pokrywał się z przecięciem krzyża na okularze mikroskopu. Następnie ustawiamy czujnik mikrometryczny na połowę zakresu wskazań, co umożliwia pomiar promieni pierścieni w obydwie strony względem punktu centralnego. Promienie pierścienia wyliczmy przekształcając wzór na λ :

gdzie r_m i r_n - wartości średnie promieni niezbyt odległych od siebie

λ_Na - długość fali równa 589^. 10 ^-9 m.

2.Wyznaczanie długości fali światła monochromatycznego otrzymanego przy użyciu filtrów interferencyjnych.

W tej części ćwiczenia należy użyć lampki mikroskopowej z żarowym źródłem światła, a następnie między niom a oświetlaczem umieścić filtr interferencyjny. Pomiar promieni przeprowadzamy w sposób podobny jak w pierwszej części ćwiczenia. Następnie obliczamy długość fali.

Wszystkie pomiary i obliczenia umieszczamy w poniższej tabeli:

Rodzaj światła	Rząd pierścieni ciemnych	w przód p[mm]	w tył t[mm]	Średnia wartość promienia pierścienia r[mm]	Promień krzywizny soczewki	Długość fali
Sodowe	3	1.20	1,10	1.15
	6	1.51	1.42	1.46
	9	1.75	1.67	1.72
	12	1.98	1.90	1.94	4 8 8	5 8 9
	15	2.20	2.15	2.18
	18	2.38	2.32	2.35
	21	2.58	2.58	2.55
Filtr nr.1	3	0.48	1.40	0.94
	6	1.15	1.72	1.44
	9	1.42	1.94	1.68
	12	1.64	2.16	1.90	4 8 8	5 4 6
	15	1.85	2.36	2.10
	18	2.02	2.55	2.28
	21	2.19	2.72	2.46
Filtr nr.2	3	1.24	1.06	1.15
	6	1.59	1.47	1.53
	9	1.93	1.75	1.84	4 8 8	6 8 5
	12	2.12	2.03	2.08
	15	2.32	2.30	2.31

---