Главная | Обратная связь

Установка и ход работы

Темы для изучения

Когерентный свет, фазовое соотношение, разность путей, интерференция в тонких слоях, кольца Ньютона.

 

Принцип

В установке для наблюдения колец Ньютона монохроматический свет интерферирует в тонкой прослойке воздуха между почти выпуклой линзой и плоской стеклянной пластиной. Из формулы для радиусов колец интерференции определяют длину волны.

 

Оборудование

Устройство для получения колец Ньютона 08550.00 1

Линза, на основе, f = + 50 мм 08020.01 1

Интерференционные фильтры, 3 шт. в наборе 08461.00 1

Экран, полупрозрачный, 250x250 мм 08064.00 1

Ртутный фонарь высокого давления, 50 Вт 08144.00 1

Источник питания для лампы Hg -Cs /50 Вт 13661.97 1

Двойной конденсор, f = 60 мм 08137.00 1

Держатель для линз 08012.00 1

Бегунок для оптической скамьи, h = 80 мм 08286.02 4

Бегунок для оптической скамьи, h = 30 мм 08286.01 1

Оптическая скамья, l = 60 см 08283.00 1

Основа для оптической скамьи 08284.00 2

Линейка, пластмассовая, l = 200 мм 09937.01 1

 

Цель

 

При помощи установки измерить диаметр колец при различной длине волны и:

1. определить длину волн при заданном радиусе кривизны линзы;

2. определить радиус кривизны при заданной длине волны.

 

Установка и ход работы

Установка для получения колец Ньютона показана на рис. 1. Закрепите ртутный фонарь высокого давления с двойным конденсором (фокус 60 мм), держатель для линз с интерференционным фильтром, устройство для получения колец Ньютона, держатель для линз с линзой с фокусом 50 мм и полупрозрачный экран на расстоянии 40 см от линзы на оптической скамье. В начале эксперимента отрегулируйте траекторию хода лучей, сначала без светофильтров, чтобы на экране можно было наблюдать кольца интерференции. Затем в держатель для линзы вставьте желтый светофильтр и занавесьте окна в помещении. При помощи трех регулировочных винтов на устройстве для получения колец Ньютона установите плосковыпуклую линзу на плоскопараллельной стеклянной пластине так, чтобы светлый центр колец интерференции находился в средней точке миллиметровой шкалы, спроецированной на экран. В процессе регулировки убедитесь, что линза и стеклянная пластина

Рис. 1: Экспериментальная установка для определения длины волны при помощи устройства для получения колец Ньютона.

 

 

Рис. 2: Построение колец Ньютона

только прикасаются друг к другу.

Определите радиусы колец интерференции для различных интерференционных фильтров в соответствующих порядках.

 

Теория и расчет

 

Если две серии волн, одинаковых по фазе и с одинаковой частотой и плоскостью поляризации (когерентный свет) накладываются друг на друга, возникает интерференция. В ограниченной апертуре угол , длина волны света , оставляющая поверхность диаметром удовлетворяют условию

 

.

 

При этих условия наблюдаются максимумы и минимумы интерференции с различной яркостью в разных местах.

 

Кольца Ньютона возникают при монохроматическом свете, интерферирующем в тонкой прослойке между выпуклой линзой и пластиной из плоского стекла. Луч 1 отражается от нижней части линзы и интерферирует с лучом 2, отраженным от верхней части стеклянной пластины (рис. 2).

 

Толщина слоя воздуха на расстоянии от точки соприкосновения линзы и пластины составляет . Так как идеальное соприкосновение отсутствует, следует учитывать значение . Оно имеет положительное значение, когда, например, между линзой и пластиной находятся частицы пыли, и отрицательное значение - при более высоком давлении. Таким образом, геометрическая разность хода интерферирующих лучей равна:

 

.

 

Кроме этого, луч, отраженный от плоской поверхности стекла испытывает сдвиг фаз при переходе из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду. В результате этого пройденное расстояние равно .

 

(1)

 

 

Рис. 3: Геометрия для определения толщины .

Для колец условие максимума определяется как:

 

 

или

 

. (2)

Из рис. 3 видно, что между радиусом го темного кольца, толщиной и радиусом кривизны плосковыпуклой линзы (в идеале ) выполняется следующее соотношение:

 

(3)

 

При использовании слегка выпуклых линз для темных колец имеем:

 

(4)

 

Для удобства расчетов постройте график зависимости от (рис. 4). При данной кривизне радиуса 12,141 м, длина волны для проходящего света рассчитывается из тангенса угла наклона прямой:

 

(5)

 

582 ± 4 нм

545 ± 4 нм

431 ± 4 нм

 

При данной длине волны значение , полученное из (5), является средним значением радиуса кривизны плосковыпуклой линзы: R = 12,13 м.

 

 

 

 

 

 

Замечание

В описанной установке кольца Ньютона наблюдаются в проходящем свете. В отраженном свете также могут наблюдаться кольца интерференции. Однако в данном случае следует считать только светлые кольца.

 

Рис. 4: Зависимость радиуса колец интерференции от номера порядка при разной длине волны.