DYFRAK~1, WYDZIA˙ ELEKTRYCZNY


POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

GRUPA 06

DYFRAKCJA ŚWIATŁA LASEROWEGO

SEKCJA 06:

1. MARCIN SZCZYGIEŁ

RAFAŁ SZEWCZYK

RAFAŁ URBACZKA

1.Wstęp teoretyczny

Dyfrakcja fal jest pewnym odstępstwem od praw optyki geometrycznej przy rozprzestrzenianiu się fal lokalnie płaskich w ośrodkach jednorodnych. Wskutek dyfrakcji pojawiają się dodatkowe kierunki rozchodzenia się fal, nieprzewidziane przez optykę geometryczną. Przy przejściu światła przez szczelinę powinniśmy obserwować powstawanie cienia. W rzeczywistości obserwujemy pod pewnymi kątami smugi jaśniejsze i ciemniejsze. Zjawisko dyfrakcji jest charakterystyczne dla wszystkich rodzajów fal, jednak możliwość obserwacji efektów dyfrakcyjnych maleje ze wzrostem częstotliwości.

Zjawiska dyfrakcyjne można podzielić na dwie grupy, zależnie od odległości szczeliny od źródła i ekranu:

DYFRAKCJA FRESNELA - jeśli przynajmniej jedna z tych odległości jest skończona,

DYFRAKCJA FRAUNHOFERA - zarówno źródło, jak i ekran są w nieskończenie wielkich odległościach od szczeliny. W takim przypadku na szczelinę pada światło równoległe i na ekranie obserwuje się obraz dyfrakcyjny jedynie przy zastosowaniu soczewki skupiającej ustawionej w odległości ogniskowej od ekranu.

LASERY

Laserami i maserami ( optycznymi generatorami kwantowymi, generatorami światła spójnego ) nazywamy źródła światła, pracujące z wykorzystaniem zjawiska emisji wymuszonej światła w ośrodku czynnym z inwersja obsadzeń obsadzeń poziomów energetycznych. Generatory pracujące w zakresie optycznym nazywamy laserami, a generatory promieniowania spójnego pracujące w radiowym zakresie fal ultrakrótkich - maserami.

Najważniejsze rodzaje laserów: impulsowe zbudowane na ciele stałym, gazowe i półprzewodnikowe.

W naszej pracowni wykorzystamy laser gazowy helowo-neonowy.

2. Pomiary - wyniki i opracowanie

ĆWICZENIE 1 : WYZNACZANIE STAŁEJ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Niech na siatkę dyfrakcyjną pada prostopadle fala płaska o długości λ. Szerokość szczelin wynosi a, a ich wzajemna odległość b. Ugięte fale, jako spójne, interferują dając w pewnych kierunkach wzmocnienie natężenia, w innych zaś - osłabienie. Wzmocnienie wystąpi, gdy różnica dróg optycznych jest wielokrotnością długości fali, co daje:

.

Wielkość d = a + b nazywamy stałą siatki dyfrakcyjnej, a k - rzędem prążka dyfrakcyjnego.

Ostatecznie stałą siatki obliczymy z wzoru :

d=n*l/sinan

WYNIKI POMIARÓW

Lp.

n=1

n=2

n=3

[°,”]

[°,”]

[°,”]

[°,”]

[°,”]

[°,”]

1

173.3

186.3

166.5

193

159.5

200

2

173.3

186

166.5

193

159.5

200

3

173.3

186.3

166.5

193

159.5

200

4

173.3

186.3

166.5

193

159.5

200

5

173.3

186.3

166.5

193

159.5

200

OPRACOWANIE WYNIKÓW

Liczymy średnie wartości kątów ugięcia dla poszczególnych rzędów :

.

Otrzymane wyniki uśredniamy i liczymy stałą siatki dyfrakcyjnej. Otrzymujemy trzy wyniki z różnymi błędami ( obliczonymi metodą różniczki zupełnej, po wcześniejszej zamianie błędu ugięcia ze stopni na radiany ) i uśredniamy je za pomocą średniej ważonej.

[°]

[ rad ]

d [ μm. ]

d [ μm ]

6.65

0.004

5.088771214

5.09

0.174589303

0.20

13.25

0.007

5.142225086

5.14

0.152867744

0.16

20.25

0.006

5.107809522

5.10

0.083071941

0.09

Ostatecznie, stała siatki dyfrakcyjnej:

d = ( 5.11 ± 0.14 ) μm


ĆWICZENIE 2 : POMIAR DŁUGOŚCI FALI ŚWIATŁA LASEROWEGO

WYNIKI POMIARÓW

n

x [ cm ]

lewo

prawo

1

15.7

15.7

2

32.3

32.7

3

50.7

52

Liczymy długość światła laserowego wg wzoru :

dla każdego położenia prążka. Błąd liczymy metodą różniczki zupełnej :

,

gdzie : ,

l = 120 cm - odległość siatki od ekranu.

Ostatecznie :

.

n

[nm]

[nm]

1

767.8876603

767.89

16.63387115

16.70

2

773.1043756

773.10

17.71259837

17.72

3

761.8033718

761.80

17.93354396

18.00

4

779.0480666

779.05

18.32324317

18.33

5

755.9215303

755.92

16.98822244

17.00

6

784.3501507

784.35

17.54514764

17.60

Ostateczny wynik otrzymujemy stosując metodę średniej ważonej.

I tak długość światła laserowego wynosi

λ = ( 770.0795288085938 ± 17.48574638366699 ) nm

λ = ( 7.70 ± 0.18) nm

ĆWICZENIE 3 : WYZNACZANIE SZEROKOŚCI SZCZELINY

Do badania zjawiska dyfrakcji światła laserowego na wąskiej szczelinie wykorzystujemy miernik METEX połączony bezpośrednio z komputerem PC/AT. Źródłem światła jest laser helowo neonowy. Badana szczelina umieszczona jest na stoliku z podziałką. Detektorem jest fotorezystor zasilany prądem stałym. Natężenie płynącego prądu zależy od natężenia oświetlenia czynnej powierzchni fotorezystora i rośnie ze wzrostem natężenia oświetlenia.

WYNIKI POMIARÓW

n

[ mm ]

lewo

prawo

1

3.5

15.9

2

0.4

21

Szerokość szczeliny wyznaczamy wg wzoru:

,

gdzie : n - nr kolejnego prążka,

- położenie n-tego prążka,

= 9.5 mm - położenie prążka centralnego,

l = ( 43.75 ± 0,1 ) cm - odległość szczeliny od ekranu.

Błąd d liczymy metodą różniczki zupełnej:

.

Uwzględniając, że , wzór przyjmuje postać :

.

d [ μm ]

Δd [ μm ]

56.15689292

56.16

1.287967566

1.30

52.69565625

52.70

1.207484923

1.21

74.13070268

74.13

1.698622257

1.70

58.66751947

58.67

1.46477733

1.50

Otrzymane wyniki uśredniamy metodą średniej ważonej. Ostateczna postać szerokości szczeliny:

d = ( 58.54855346679658 ± 1.368637561798096 ) μm

d = ( 5.85 ± 0.14) μm

4. Zestawienie wyników i wnioski

Stała siatki dyfrakcyjnej d = ( 5.78 ± 0.12 ) μm

Długość fali światła laserowego λ = ( 7.70 ± 0.18) nm

Szerokość szczeliny d = ( 5.85 ± 0.14) μm

Powyższe wyniki, uzyskane przez nas metodą laboratoryjną, mogą być porównywalne z wzorcowymi ( tablicowymi ). Pewne odchylenia mogą być spowodowane głównie błędem odczytu wartości pomiaru odległości ( np.odległości szczeliny od ekranu ), częściowym niedbalstwem wykonywania pomiarów, na które znaczny wpływ ma stosunkowo krótki czas na wykonanie ćwiczenia.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zarzadzanie firma Wydzial Elektryczny wyklad1
Test-Elektronika D, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, sem VI, z ksero na wydziale elektrycznym
Cw88fiz, Politechnika Wrocławska, W-5 Wydział Elektryczny, Fizyka G2, fiza laborki, fiza kalit, fizy
CW84FIZ, Politechnika Wrocławska, W-5 Wydział Elektryczny, Fizyka G2, fiza laborki, fiza kalit, fizy
Technika Łączenia 4 - nagrzew. gł. toru prąd, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, sem VI, z ksero
2a bez tabelki, WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI PL
Licznik Gaigera, WYDZIA˙ ELEKTRYCZNY
NO6 RLC MOSTKI, Mrn6tabele, WYDZIA˙ ELEKTRONIKI
WYDZIA ELEKTRONIKI WAT
Urządzenia 4. - parametry łączników, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, sem VI, z ksero na wydzi
Ściąga-Fizyka ED 7, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, sem VI, z ksero na wydziale elektrycznym
5. napięci zmienne, protokol cw5, WYDZIAŁ ELEKTRONKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI
Badanie zjawiska halla, Badanie zjawiska Halla 3, Wydział Elektryczny
Miecio-6 , WYDZIA˙ ELEKTRONIKI
Miecio-6 , WYDZIA˙ ELEKTRONIKI

więcej podobnych podstron