Nr æw. 302 |
Data
|
Pawe³ Jachimowicz
|
Wydzia³ Elektryczny |
Semestr III |
Grupa I-1 |
Prowadz¹ca: mgr Ewa Mykowska
|
Przygotowanie |
Wykonanie |
Ocena |
Temat: Wyznaczanie sta³ej siatki dyfrakcyjnej
1. Falowy charakter œwiat³a.
Œwiat³o jest fal¹ elektromagnetyczn¹ rozchodz¹c¹ siê w pró¿ni ze sta³¹ prêdkoœci¹ c. Jest rozchodz¹cym siê w przestrzeni zaburzeniem pola elektromagnetycznego. Do celów optycznych potrzebne jest jedynie opisanie w czasie wektora elektryczengo fali œwietlnej równaniem (dla fali biegn¹cej w kierunku osi x) :
2. Zasada Hyghensa.
Jest ona oparta na konstrukcji geometrycznej i nie daje tak pe³nego obrazu jak elektromagnetyczna teoria Maxwella. Brzmi ona: ka¿dy punkt, który fala napotyka na swojej drodze staje siê Ÿród³em nowej fali kulistej; po³o¿enie fali mo¿na odczytaæ jako styczn¹ do fal cz¹stkowych. Jest to podstawa wyjaœnienia zjawisk dyfrakcji i interferencji.
3. Interferencja.
Jest to wzajemne nak³adanie siê fal. W okreœlonym punkcie przestrzeni nastapi wzmocnienie lub wygaszenie amplitudy w zale¿noœci od faz fal w tym punkcie.
a) Warunkiem na wygaszenie siê wzjamne dwóch fal jest odwrotnoœæ ich faz, czyli ró¿nica odleg³oœci od Ÿróde³ musi byæ równa po³owie wielokrotnoœci d³ugoœci fali.
b) Warunek zaœ konieczny do wygaszenia siê dwóch fal to zgodnoœæ ich faz, czyli ró¿nica odleg³oœci od ¿róde³ musi byæ równa ca³kowitej wielokrotnoœci d³ugoœci fali.
Chocia¿ interferencja zachodzi dla dowolnych fal to sta³y w czasie obraz interferncyjny mo¿na zaobserwowaæ jedynie dla Ÿróde³ spójnych (o sta³ej w czasie róznicy faz).
4. Dyfrakcja.
Jest to zjawisko ugiêcia siê fali zauwa¿alne, gdy przechodzi ona przez szczelinê o rozmiarach porównywalnych z d³ugoœci¹ fali.
dla jednej szczeliny:
dla dwóch szczelin:
5. Siatka dyfrakcyjna.
Jest to uk³ad szczelin wzajemnie równoleg³ych i le¿¹cych w sta³ej odleg³oœci. Wykonuje siê je przez naciêcie rowków na szkle lub metalowej p³ycie za pomoc¹ ostrza diamentowego. Maksimum g³ówne to obszar najwiêkszego podœwietlenia w œrodkowej czêœci widma ograniczony wyst¹pieniem pierwszego minimum lub wyst¹pieniem maksimów wtórnych, których natê¿enie jest bardzo ma³e. Jego szerokoœæ jest wyznaczona przez po³o¿enie pierwszego minimum, aopisana jest wzorem:
, gdzie:
W siatkach dyfrakcyjnych szerokoœæ szczelin jest rzêdu d³ugoœci fali œwietlnej, wiêc natê¿enie pr¹¿ków interferencyjnych jest prawie sta³e.
6. ZdolnoϾ rozdzielcza.
Siatka dyfrakcyjna ma zdolnoœæ rozdzielcz¹ R zdefiniowan¹ przez:
, gdzie:
jest œredni¹ d³ugoœci fali dwóch linii widmowych ledwie rozró¿nialnych, a jest ró¿nic¹ d³ugoœci fal miêdzy nimi.
7. Kryterium Rayleigh'a.
G³osi ono, ¿e dwa maksima s¹ ledwie rozró¿nialne, gdy ich odleg³oœæ k¹towa jest taka, ¿e maksimum jednej linii przypada na minimum drugiej. Jeœli zastosujemy to kryterium, to mo¿emy pokazaæ, ¿e :
R=Nm, gdzie:
R--zdolnoœæ rozdzielcza, N--ca³kowita liczba naciêæ, m--rz¹d obserwowanego widma.
8. Zasada pomiaru.
W celu znalezienia sta³ej siatki dyfrakcyjnej d (czyli odleg³oœci miêdzy œrodkami dwóch s¹siednich szczelin) skorzystamy z równania:
, gdzie:
n--rz¹d obserwowanego widma, --d³ugoœæ fali, --k¹t pod jakim obserwowane jest max. widma.
Wartoœci k¹tów dla poszczególnych rzêdów n odczytujemy za pomoc¹ spektrometru zaopatrzonego w dok³adn¹ podzia³kê k¹tow¹. Rozbie¿ne œwiat³o lampy sodowej wpada do kolimatora przez szczelinê umieszczon¹ w ognisku soczewki, przez co opuszcza go jako wi¹zka równoleg³a. Nastêpnie pada na siatkê dyfrakcyjn¹ zamontowan¹ na osi obrotu lunetki z soczewk¹ skupiaj¹c¹. Lunetka jest trwale po³aczona z k¹tomierzem, zatem jej po³o¿enie mo¿na z du¿¹ dok³adnoœci¹ odczytywaæ ze skali k¹towej zaopatrzonej w noniusz.
9. Wyniki pomiarów.
|
Odchylenie pr¹¿ka rzêdu 1. |
Odchylenie pr¹¿ka rzêdu 2. |
||
L.p. |
w lewo |
w prawo |
w lewo |
w prawo |
1 |
35320' |
641' |
34629' |
1335' |
2 |
35320,5' |
640' |
34632' |
1336,5' |
3 |
35319' |
645' |
34628' |
1336' |
4 |
35318,5' |
640' |
34631' |
1335' |
5 |
35318,5' |
6°40,5' |
346°32' |
1336' |
6 |
35317' |
645' |
34632' |
1335' |
7 |
35318' |
641,5' |
34629' |
1334,5' |
=0,5'
10. Obliczenia i rachunek b³êdów.
Zgodnie z poleceniem w skrypcie obliczam wartoœæ sta³ej siatki dla ka¿dego z dokonanych
pomiarów (korzystaj¹c z wzoru w pkt. 8) otrzymuj¹c, po zaokr¹gleniu do 2 miejsc po przecinku nastêpuj¹ce wyniki :
|
dla pr¹¿ka rzêdu 1. |
dla pr¹¿ka rzêdu 2. |
||
L.p. |
w lewo |
w prawo |
w lewo |
w prawo |
1 |
5,0810-6 |
5,0710-6 |
5,0510-6 |
5,0210-6 |
2 |
5,0910-6 |
5,0810-6 |
5,0610-6 |
5,0110-6 |
3 |
5,0710-6 |
5,0210-6 |
5,0410-6 |
5,0110-6 |
4 |
5,0610-6 |
5,0810-6 |
5,0610-6 |
5,0210-6 |
5 |
5,0610-6 |
5,0710-6 |
5,0610-6 |
5,0110-6 |
6 |
5,0410-6 |
5,0210-6 |
5,0610-6 |
5,0210-6 |
7 |
5,0510-6 |
5,0610-6 |
5,0510-6 |
5,0210-6 |
Wartoœæ œrednia sta³ej siatki wynosi: 5,0510-6 m
11. Wnioski i uwagi.
Otrzymane wyniki pozwalaj¹ obliczyæ iloœæ rys przypadaj¹c¹ na cm dla badanej siatki. Wynosi ona oko³o 19800 rys/cm. Podsumowuj¹c, pomiary nie odbiega³y za bardzo od siebie za bardzo ze wzglêdu na zastosowanie noniusza przy mierzeniu k¹ta odchylenia, jednak przymocowanie lunetki pozostawia³o wiele do ¿yczenia.
W æwiczeniu mo¿na by u¿yæ kilka siatek i badaæ je pod kilkoma d³ugoœciami fali œwietlnej.
Sprawozdanie, str. 3