สเปกตรัมการเลี้ยวเบน การหาความยาวคลื่นของแสงโดยใช้ตะแกรงกระจายแสง

สเปกตรัมการเลี้ยวเบนถูกจำกัดและถูกกำหนดโดยเงื่อนไข

บาปΘ =m/d1. (สี่)

จาก (4) ค่าคงที่ขัดแตะยิ่งมีค่ามากเท่าใด จำนวนสูงสุดของค่าสูงสุดที่สามารถสังเกตได้ก็จะยิ่งมากขึ้น แต่ในกรณีนี้ค่าสูงสุดของค่าสูงสุดจะสว่างน้อยลง

คำอธิบายของการตั้งค่าการทดลอง

งานนี้ใช้ตะแกรงทั่วไปในห้องปฏิบัติการซึ่งเป็นแผ่นแก้วซึ่งมีการใช้จังหวะคู่ขนานกับเครื่องตัดเพชรแบบพิเศษโดยใช้เครื่องแบ่ง

ในการวัดมุมโก่งตัวจะใช้ goniometer ซึ่งโครงร่างจะแสดงในรูปที่ 3

goniometer ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์ T, collimator K, ตาราง C, ขา E, nonius H. collimator ทำหน้าที่สร้างลำแสงคู่ขนาน ประกอบด้วยท่อด้านนอกที่มีเลนส์ O และยางในที่มีร่อง W ทางเข้าติดตั้งอยู่ในระนาบโฟกัสของเลนส์ คลื่นแสงระนาบ (ลำแสงคู่ขนาน) โผล่ออกมาจากคอลลิเมเตอร์และตกลงบนตะแกรงเลี้ยวเบน ลำแสงถูกรวบรวมโดยเลนส์กล้องโทรทรรศน์และสร้างภาพจริงของรอยแยกของคอลลิเมเตอร์ในระนาบโฟกัส ในมุมมองของช่องมองภาพ จะมองเห็นกากบาทของเส้นใยและภาพจริงของรอยกรีด (การเลี้ยวเบนสูงสุด) พร้อมกัน โดยการเคลื่อนกล้องโทรทรรศน์ เราสามารถจัดแนวกากบาทของเส้นใยให้ตรงกับค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนแบบใดแบบหนึ่ง แหล่งที่มาของรังสีที่ตรวจสอบคือหลอดนีออน

เสร็จงาน

เมื่อทำงานกับตะแกรงเลี้ยวเบน ภารกิจหลักคือการวัดมุมที่สังเกตค่าสูงสุดของความยาวคลื่นต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ

เริ่มต้นจำเป็นต้องปรับ goniometer สำหรับสิ่งนี้คุณต้อง:

1. ตั้งกล้องโทรทรรศน์เป็นระยะอนันต์ เช่น มองเห็นวัตถุที่อยู่ห่างไกลได้อย่างชัดเจน

2. วางแหล่งกำเนิดแสง (หลอดนีออน) กับร่อง collimator

3. ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์เพื่อให้แกนออปติคัลมีความต่อเนื่องของแกนคอลลิเมเตอร์ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อเส้นแนวตั้งของช่องมองภาพของท่ออยู่ตรงกลางของภาพกรีด

4. วางตะแกรงบนโต๊ะเพื่อให้เส้นใยเลนส์ตาอยู่ตรงกลางแถบที่สว่างที่สุดตรงกลาง (สเปกตรัมลำดับศูนย์) เพื่อให้ได้สเปกตรัมที่ดี ตะแกรงจะต้องตั้งฉากกับลำแสงเพื่อให้จังหวะของมันวิ่งขนานไปกับร่อง collimator

ตะแกรงเลี้ยวเบนที่มีคาบที่ทราบสามารถใช้วัดความยาวคลื่นได้ เมื่อปฏิบัติงาน ตะแกรงจะยังคงอยู่กับที่และกล้องโทรทรรศน์จะหมุนเพื่อให้ภาพของเส้นสเปกตรัมที่ศึกษาอยู่ตรงกับเส้นใยของเลนส์ใกล้ตา

ความยาวคลื่นถูกกำหนดจากสูตรตะแกรง
. ที่นี่ d=0.01mm; m คือลำดับของสเปกตรัมหรือจำนวนสูงสุด สมการนี้เป็นสูตรการคำนวณพื้นฐานสำหรับการคำนวณความยาวของคลื่นแสงโดยใช้ตะแกรงกระจายแสง

การวัดความยาวคลื่นจะลดลงเพื่อกำหนดมุม การเบี่ยงเบนของรังสีจากทิศทางเดิม งานเพิ่มเติมจะดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้

1. อ่านตำแหน่งของเส้นศูนย์ n 0 เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เกลียวเลนส์ใกล้ตาต้องอยู่ในแนวเดียวกับตรงกลางของสเปกตรัมเป็นศูนย์ (แถบสว่างกลาง) และใช้แป้นหมุนวงกลมและเวอร์เนียร์ กำหนดค่าของ n 0

2. ในทำนองเดียวกัน อ่านค่าเส้นสีแดง เหลือง และเขียวของสเปกตรัมของคำสั่งที่ 1 และ 2 โดยแต่ละครั้งจะจัดแนวด้ายของเลนส์ใกล้ตากับเส้นที่สอดคล้องกัน การวัดควรทำตามลำดับที่แสดงในรูปที่ 4

3. บันทึกผลการวัดในตารางที่ 1

4. หากการอ่านทั้งหมดทางด้านขวาแสดงโดย และ ทางด้านซ้าย - จากนั้นสามารถคำนวณมุมสำหรับเส้นเดียวกันได้สามวิธี (ตามสูตรด้านล่าง):

สำหรับเส้นสีเขียว ตัวอย่างเช่น ฉันสั่ง n 1 \u003d n 1 และ n’ 1 \u003d n 2 สำหรับเส้นสีเหลือง ฉันสั่ง n 1 \u003d n 3, n 1 \u003d n 4 เป็นต้น (ดูตารางที่ 1)

5. รู้มุม กำหนดความยาวคลื่นสำหรับแต่ละเส้นของสเปกตรัม

ตารางที่ 1.

หมายเลขสาย โดยการวาดภาพ	การอ่านบนลิมบัสขวา	นับถอยหลังทางซ้าย

คำถามทดสอบ

1. คลื่นใดที่เรียกว่าสอดคล้องกัน?

2. ปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบนคืออะไร?

3. กำหนดหลักการของ Huygens-Fresnel

4. สังเกตการเลี้ยวเบนแบบใดในงาน?

5. เส้นสีใดในสเปกตรัมของคำสั่งซื้อที่ 1 และสูงกว่าที่จะใกล้เคียงกับค่ากลางสูงสุด?

6. รูปแบบการเลี้ยวเบนที่ได้จากตะแกรงที่มีค่าคงที่ต่างกัน แต่จำนวนเส้นเท่ากัน จะแตกต่างกันอย่างไร

7. รูปแบบการเลี้ยวเบนจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากส่วนของตะแกรงปิดเหมือนในรูป?

8. ลำดับของสีในสเปกตรัมการเลี้ยวเบนคืออะไร?

9. สีของค่าสูงสุดเป็นศูนย์คืออะไร? ทำไมเธอเป็นแบบนี้

10. รูปแบบการเลี้ยวเบนจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากความกว้างของร่องถูกเปลี่ยนโดยไม่เปลี่ยนค่าคงที่ของตะแกรง

วรรณกรรม

1. ศิวคิน ดี.วี. หลักสูตรทั่วไปฟิสิกส์. ต.3 เลนส์ ม.: เนาก้า, 1985.- 752p.

2. หลักสูตร Savelyev I.V. ฟิสิกส์ทั่วไป. ต.2. ไฟฟ้าและแม่เหล็ก คลื่น เลนส์ ม.: เนาคา, 1988.-496 น.

3. Feynman R. , Layton R. , Sands M. Feyman บรรยายเกี่ยวกับฟิสิกส์ ต.3-4. รังสี. คลื่น ควอนตา. M.: Mir, 1977.- 496 น.

4. Landsberg G. S. เลนส์ ม.: เนาคา, 2519.- 823 น.

5. Kaliteevsky N. I. เลนส์คลื่น. ม.: บัณฑิตวิทยาลัย, 1978.- 321.

งานห้องปฏิบัติการครั้งที่ 4 การศึกษากฎหมายของมาลิอุส

วัตถุประสงค์ของงาน: การทดลองตรวจสอบกฎหมาย Malus

อุปกรณ์และอุปกรณ์เสริม: แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (GaAs), เครื่องตรวจจับแสง, กัลวาโนมิเตอร์, เครื่องวิเคราะห์ที่มีการทำเครื่องหมายเชิงมุม (ราคาของหนึ่งส่วนคือ 1 o)

ส่วนทฤษฎีของงาน

จากมุมมองของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง ซึ่งเวกเตอร์ของสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก H จะสั่นในระนาบตั้งฉากซึ่งกันและกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (e/m) เรียกว่าโพลาไรซ์เชิงเส้นหรือโพลาไรซ์ระนาบ ถ้าเวกเตอร์ไฟฟ้า E อยู่ในระนาบเดียวกันเสมอ ซึ่งปกติ k ถึงหน้าคลื่นจะตั้งอยู่ด้วย (รูปที่ 1) ระนาบที่มี k ปกติอยู่ด้านหน้า และเวกเตอร์ไฟฟ้า E e/m ของคลื่นอยู่ เรียกว่าระนาบโพลาไรเซชัน แสงธรรมชาติไม่ได้โพลาไรซ์ มันเป็นกลุ่มของคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมแต่ละตัว และเวกเตอร์ E และ H จะแกว่งแบบสุ่มในทุกทิศทางในแนวตั้งฉากกับลำแสง ที่ แสงธรรมชาติการแกว่งของเวกเตอร์ E ทุกทิศทางมีความน่าจะเป็นเท่ากัน แสงธรรมชาติ ได้แก่ แสงกลางวัน แสงจากหลอดไส้ ฯลฯ

เพื่อให้ได้แสงโพลาไรซ์เชิงเส้น โพลารอยด์ที่ทำจากคริสตัลทัวร์มาลีนหรือเจอโรพาไทต์มักถูกใช้ในทางปฏิบัติ โพลารอยด์แต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะด้วยแกนออปติคัล  ซึ่งเป็นทิศทางที่ต้องการ ความหมายทางกายภาพทิศทางที่อุทิศให้กับ กรณีนี้เป็นดังนี้ ปล่อยให้แสงตกบนโพลารอยด์ที่ตั้งฉากกับระนาบที่มีแกนแสง คลื่นเวกเตอร์ไฟฟ้า E e / m สามารถแบ่งออกเป็นสององค์ประกอบ ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถเลือกได้เสมอเพื่อให้หนึ่งในนั้น ตัวอย่างเช่น E y จะขนานกับแกนแสง  และอีกอันหนึ่งเรียกว่า E x ตั้งฉากกับ  หากแสงธรรมชาติส่องไปที่โพลารอยด์ คลื่น e / m เท่านั้นที่จะผ่านโพลารอยด์ เวกเตอร์ไฟฟ้า E ซึ่งมีส่วนประกอบ E y (ขนานกับแกนแสงของโพลารอยด์) ในกรณีนี้จะเกิดการโพลาไรซ์ของแสงธรรมชาติ

ที่. โพลาไรซ์ของแสงโดยใช้โพลารอยด์ประกอบด้วยการแยกการสั่นของทิศทางหนึ่งออกจากลำแสง หากแสงธรรมชาติตกบนโพลาไรเซอร์ ความเข้มที่ฉันเป็น ความเข้ม I ของแสงโพลาไรซ์ที่ส่งผ่านจะไม่ขึ้นอยู่กับทิศทางของโพลาไรเซอร์ (การหมุนรอบลำแสง) และเท่ากับครึ่งหนึ่งของความเข้มของเหตุการณ์ แสงธรรมชาติ:

ตามนุษย์ไม่สามารถแยกแยะแสงโพลาไรซ์จากแสงธรรมชาติได้ อุปกรณ์ที่สามารถส่งผ่านส่วนประกอบของเวกเตอร์แสง E ที่แกว่งในระนาบบางอันเท่านั้นยังสามารถใช้ในการวิเคราะห์แสงโพลาไรซ์ ในกรณีนี้เรียกว่าเครื่องวิเคราะห์ หากแสงโพลาไรซ์บางส่วนตกบนเครื่องวิเคราะห์ การหมุนเครื่องวิเคราะห์ไปรอบๆ ลำแสงจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในความเข้มของแสงที่ส่องผ่านจากค่าสูงสุด (ระนาบของเครื่องวิเคราะห์ตรงกับทิศทาง yy) ให้เหลือน้อยที่สุด

หากแสงโพลาไรซ์ระนาบตกบนเครื่องวิเคราะห์ A (รูปที่ 3) แสดงว่าส่วนประกอบ

, (1)

โดยที่  คือมุมระหว่างระนาบของการสั่นของแสงตกกระทบ pp และระนาบของเครื่องวิเคราะห์ aa เนื่องจากความเข้มของแสงเป็นสัดส่วนกับ E 2 ดังนั้น เมื่อพิจารณา (1) เราจึงได้:

โดยที่ I คือความเข้มของแสงที่ออกมาจากเครื่องวิเคราะห์ I o คือความเข้มของแสงตกกระทบ สูตร (2) เป็นการแสดงออกถึงกฎหมาย Malus เมื่อเครื่องวิเคราะห์ถูกหมุนไปรอบๆ ลำแสง เป็นไปได้ที่จะค้นหาตำแหน่งที่แสงไม่ผ่านเลย (ความเข้ม I จะกลายเป็นศูนย์) นี่เป็นวิธีที่เชื่อถือได้เพื่อให้แน่ใจว่าแสงตกกระทบมีโพลาไรซ์อย่างเต็มที่ หากแสงธรรมชาติที่มีความเข้ม เช่น ผ่านโพลาไรเซอร์และเครื่องวิเคราะห์อย่างต่อเนื่อง ลำแสงที่ส่งออกจะมีความเข้ม

ที่ α=0 (ระนาบของโพลาไรเซอร์และเครื่องวิเคราะห์ขนานกัน) ความเข้ม  คือค่าสูงสุดและเท่ากับ โพลาไรเซอร์และตัววิเคราะห์ "ข้าม"
ไม่มีแสงผ่านเลย

รายวิชา >> นิเวศวิทยา

สามารถทำได้โดย spectrophotometry, photocolorimetry และ colorimetry ถึง ออปติคัลวิธีการรวมถึง turbodimetry และ nephelometry - การวิเคราะห์ ... , 1990. -480s Vasiliev V.P. การวิเคราะห์ทางเคมี. เวลา 14.00 น. ตอนที่ 2 Physico – วิธีทางเคมีบทวิเคราะห์: Proc. สำหรับ...

ออปติคัลสายเคเบิลและลักษณะเฉพาะ

การบรรยาย >> การสื่อสารและการสื่อสาร

ข้อกำหนดพื้นฐานทั่วไปสำหรับ ทางกายภาพ- ลักษณะทางกล ออปติคัลสายเคเบิลคือ: - ความแข็งแรงสูง... พัฒนาและผลิตจำนวนมากของการออกแบบ ออปติคัลสายเคเบิล แพร่หลายที่สุดได้สี่...

Physico-วิธีการวิเคราะห์ทางเคมี การจำแนกประเภทและเทคนิคพื้นฐาน

บทคัดย่อ >> เคมี

การจำแนกประเภทและเทคนิคพื้นฐาน Physico-วิธีการวิเคราะห์ทางเคมี (FHMA) ... . ยิ่งใหญ่ที่สุด การใช้งานจริงมี ออปติคัล, วิธีการวิเคราะห์โครมาโตกราฟีและโพเทนชิโอเมตริก... ส่วนของสเปกตรัม =10-3...10-8 ม. ออปติคัลวิธีการ (IR - สเปกโตรสโคปี ...

1. วางตะแกรงเลี้ยวเบนที่มีจุดในกรอบของอุปกรณ์แล้วยึดไว้บนขาตั้ง

2. เปิดแหล่งกำเนิดแสง เมื่อมองผ่านตะแกรงเลี้ยวเบน จะเห็นโล่ทั้งสองด้านบนพื้นหลังสีดำอย่างเห็นได้ชัด สเปกตรัมการเลี้ยวเบนหลายคำสั่ง หากสเปกตรัมเอียง ให้หมุนตะแกรงโดยบางมุมจนกว่าการเอียงจะหายไป

3. ตั้งมาตราส่วนเป็นระยะทาง Rจาก ตะแกรง.

4. ใส่แผ่นกรองแสงเข้าไปในเฟรมโดยเริ่มจากสีแดงและใช้มาตราส่วนของโล่ที่มองผ่านตะแกรงกำหนดระยะทาง สจากร่องไปจนถึงเส้นที่สังเกตได้ของลำดับที่ 1 และ 2 บันทึกผลการวัดในตารางที่ 6

5. ทำขั้นตอนที่ 4 สำหรับรังสีที่มีสีต่างกัน โดยใส่ฟิลเตอร์ที่เหลือเข้าไปในเฟรม

6. ทำตามขั้นตอน 4 - 5 เลื่อนมาตราส่วนเป็นระยะทางสามครั้ง R 10 - 15 ซม.

7. กำหนดความยาวของคลื่นแสงตามสูตร (1) สำหรับทุกสีของรังสีและป้อนในตารางที่ 6 คำนวณความยาวเฉลี่ยเลขคณิตของคลื่นแสงแต่ละคลื่น

ตารางที่ 6. ความยาวคลื่นแสงที่มีสีต่างกัน

R, mm

ส, mm

ล. นาโนเมตร

ถึง

โอ

และ

จาก

ถึง

โอ

และ

จาก

ความยาวคลื่นเฉลี่ย

คำถามทดสอบ

1. หลักการของ Huygens-Fresnel คืออะไร?

2. คลื่นใดที่เรียกว่าเชื่อมโยงกัน?

3. การเลี้ยวเบนของแสงเรียกว่าอะไร? ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้อย่างไร?

4. ลำดับของสีในสเปกตรัมการเลี้ยวเบนคืออะไร? สีของค่าสูงสุดเป็นศูนย์คืออะไร?

5. ความแตกต่างระหว่างสเปกตรัมการเลี้ยวเบนของเกรตติ้งที่มีจำนวนรอยแยกเท่ากัน แต่มีค่าคงที่ต่างกัน และเกรตติ้งที่มีค่าคงที่เท่ากัน แต่มีจำนวนสลิตต่างกันอย่างไร

6. การกระทำของตะแกรงเลี้ยวเบนจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากวางไว้ในน้ำ?

7. จะอธิบายการก่อตัวของสเปกตรัมการเลี้ยวเบนจากช่องหนึ่งบนหน้าจอจากรังสีที่ผ่านช่องนี้ได้อย่างไร อะไรเป็นตัวกำหนดการกระจายของความเข้มตรงกลางหน้าจอ?

8. ตะแกรงเลี้ยวเบนแบบหนึ่งมิติ การก่อตัวของรูปแบบการเลี้ยวเบนบนหน้าจออธิบายได้อย่างไร? ความเข้มข้นสูงสุดที่สังเกตได้จากจุดใด จุดต่ำสุดเท่าใด และเพราะเหตุใด

9. อะไรคือความแตกต่างระหว่างรูปแบบการเลี้ยวเบนเมื่อตะแกรงส่องสว่างด้วยแสงสีเดียวและแสงสีขาว? จะอธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้ได้อย่างไร?

10. การรบกวนของแสงคืออะไร? ปรากฏการณ์นี้มีส่วนร่วมในการก่อตัวของสเปกตรัมการเลี้ยวเบนบนร่องหรือตะแกรงหรือไม่?

11. แสงสีขาวเกิดขึ้นตามปกติบนตะแกรงเลี้ยวเบน 1 มิติ ที่มีร่องผ่า 100 รอยต่อ 1 มม. ความเข้มของแสงกระจายบนหน้าจออย่างไร? บนหน้าจอมีจุดต่ำสุดเพิ่มเติมอีกกี่จุดระหว่างจุดสูงสุดหลักสองจุด? อะไรคือเงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดที่สำคัญ?

12. โดยปกติแสงสีขาวจะตกบนตะแกรงเลี้ยวเบนและบนเลนส์บางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า จะอธิบายรูปแบบที่เกิดขึ้นบนหน้าจอได้อย่างไรเมื่อแสงผ่านเลนส์และตะแกรงเลี้ยวเบน

13. แสงที่มองเห็นมีความยาวคลื่นเท่าใด พวกเขาอยู่ภายใต้การกระจาย?

14. อะไรกำหนดความกว้างของแถบของสเปกตรัมการเลี้ยวเบน สิ่งที่สังเกตได้บนหน้าจอถ้าความกว้างของร่องมากกว่าความยาวคลื่น l มาก? ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้อย่างไร?

15. การกระจายตัวเชิงเส้นและเชิงมุมของตะแกรงเลี้ยวเบนเรียกว่าอะไร?

16. อะไรเรียกว่ากำลังแก้ไขของตะแกรงเลี้ยวเบนแสง?

17. ยกตัวอย่างของรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ได้รับสำหรับสอง เส้นสเปกตรัมใช้ตะแกรงที่มีความละเอียดและการกระจายเชิงเส้นต่างกัน

อ่าน:

I. การเลี้ยวเบน Fraunhofer โดยหนึ่งช่องและการกำหนดความกว้างของช่อง
I. กระบวนการพยาบาลใน mitral stenosis: สาเหตุ กลไกของความผิดปกติของระบบไหลเวียนโลหิต คลินิก การดูแลผู้ป่วย
บทที่ 7 การเลี้ยวเบนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระนาบโดยทรงกระบอกนำไฟฟ้าในอุดมคติ
บทที่ 8
DIFFRACTION GRATING เป็นเครื่องมือสเปกตรัม ความละเอียดของตะแกรงเลี้ยวเบน แบร็กก์ดิฟแฟรกชัน การเลี้ยวเบนของอุปสรรคหลายตำแหน่งแบบสุ่ม

งานหมายเลข 3 DIFFRACTION

วัตถุประสงค์:เรียนรู้ที่จะหารูปแบบการเลี้ยวเบนจากวัตถุต่างๆ ในรังสีที่แตกต่างกัน กำหนดความยาวคลื่นของแสงจากรูปแบบการเลี้ยวเบน

คำถามที่ต้องรู้

เพื่อขออนุญาตทำงาน:

1. ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของแสงคืออะไร?

2. หลักการของไฮเกนส์-เฟรสเนล

3. วิธีการของโซนเฟรส

4. จะกำหนดจำนวนโซน Fresnel จากประเภทของรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ได้จากรูกลมได้อย่างไร

5. การเลี้ยวเบน Fraunhofer กับการเลี้ยวเบนของ Fresnel แตกต่างกันอย่างไร?

6. การเลี้ยวเบนของคานที่แตกต่างกันและขนานกันจากตะแกรงกลมและรูกลม

7. ลำดับของสีในสเปกตรัมการเลี้ยวเบนคืออะไร? สีของค่าสูงสุดเป็นศูนย์คืออะไร?

8.เรียกว่าอะไร แผ่นโซน?

การแนะนำ

การเลี้ยวเบนเป็นปรากฏการณ์ของการเบี่ยงเบนของลำแสงจาก การขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงหรือแสงพันรอบวัตถุทึบแสง หลังจากการเลี้ยวเบนซึ่งเบี่ยงเบนจากการแพร่กระจายเป็นเส้นตรง รังสีสามารถมาบรรจบและทับซ้อนกันได้ และเมื่อพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าพวกมันได้มาจากคลื่นเดียวกัน พวกมันจะเชื่อมโยงกัน (ดูงานเกี่ยวกับการรบกวนของแสง) ดังนั้นจึงสร้างรูปแบบการรบกวน (สลับค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดของการปล่อยมลพิษ) รูปแบบดังกล่าวเรียกว่า "รูปแบบการเลี้ยวเบน" ในการวิเคราะห์ภาพดังกล่าว จำเป็นต้องทราบแอมพลิจูดและเฟสของคลื่นที่เกิดขึ้น

พิจารณาการเลี้ยวเบนในคานที่แตกต่างกัน (การเลี้ยวเบนของเฟรสเนล) และการเลี้ยวเบนในคานคู่ขนาน (การเลี้ยวเบนของเฟรสเนล)

การเลี้ยวเบนของรังสีจากรูกลม (Fresnel diffraction)

แอมพลิจูดของการแกว่งที่มาถึงจุด แต่บนส่วนต่างๆ ของผิวคลื่น (รูปที่ 1) ขึ้นอยู่กับระยะทาง ( ข) ของส่วนเหล่านี้จนถึงจุด แต่, ขนาดและมุมของมัน เอระหว่างปกติถึง

คลื่นหน้าและทิศทางไปยังจุด แต่. เมื่อพบแอมพลิจูดของการแกว่งจากทุกส่วน จำเป็นต้องคำนึงถึงข้อเท็จจริงด้วยว่าเฟสของการแกว่งแต่ละครั้งอาจไม่ตรงกัน เนื่องจากเส้นทางไปยังจุดนั้น แต่. การหาแอมพลิจูดของการแกว่ง, ใน กรณีทั่วไปเพียงพอ งานยาก. Fresnel เสนอวิธีง่ายๆ การประยุกต์ใช้ซึ่งให้รูปแบบการเลี้ยวเบนที่ถูกต้องในเชิงคุณภาพในกรณีที่ง่ายที่สุดจำนวนหนึ่ง

ด้วยความแตกต่างในเส้นทางของคลื่น ( - ความยาวคลื่น) การสั่นเกิดขึ้นในแอนติเฟสและยกเลิกซึ่งกันและกัน Fresnel เสนอให้แบ่งหน้าคลื่นออกเป็นโซน จุดสุดขีดซึ่งทำให้เกิดการสั่นในแอนติเฟส โซนนี้เป็นส่วนหนึ่งของพื้นผิวทรงกลมบนหน้าคลื่น

โซน Fresnel ถูกสร้างขึ้นดังนี้ โซนกลาง (รูปที่ 1) รวมจุดทั้งหมด ความแตกต่างของเฟสของการแกว่งที่จุด แต่น้อยกว่า พี(ซึ่งระยะทางถึงจุด แต่ไม่มีอีกแล้ว ข 1 = ที่ไหน ข – ระยะทางที่สั้นที่สุดจากหน้าคลื่นสู่จุด แต่). โซนที่สองที่อยู่ติดกัน (ที่มีความแตกต่างของเส้นทาง ) เป็นบริเวณวงแหวนบนทรงกลมที่ล้อมรอบระหว่างจุดที่ด้านหนึ่ง และ , ในทางกลับกัน. เห็นได้ชัดว่า โซนต่อไปนี้ก็จะมีจุดวงแหวนล้อมรอบด้านนอกด้วย โดยที่ k– หมายเลขโซน จะเห็นได้ว่าพื้นที่ของทุกโซนมีค่าประมาณเท่ากัน และรัศมี k-โซนที่เท่ากับ

. (1)

การคำนวณแอมพลิจูดการสั่นที่เกิดจากเฟรสโซนทั้งหมดที่จุดหนึ่ง แต่สะดวกในการผลิต แผนภาพเวกเตอร์. ในการทำเช่นนี้ เราแบ่งเฟรสเนลแต่ละโซนออกเป็น จำนวนมากซับแบนด์ศูนย์กลาง พื้นที่เดียวกัน. จากนั้นแอมพลิจูดการสั่นของซับแบนด์ทั้งหมดสามารถแสดงเป็นผลรวมของเวกเตอร์พื้นฐานที่มีการเลื่อนเฟสเล็กน้อยระหว่างพวกมัน นั่นคือ การหมุนโดย ดีเจและเวกเตอร์พื้นฐานสุดขั้วจะเลื่อนเฟสเป็นมุม พี, กล่าวคือ ชี้ไปที่ ฝ่ายตรงข้าม. เวกเตอร์มูลฐานทั้งหมดของโซนรวมกันเป็นรูปครึ่งวงกลม และได้ค่าแอมพลิจูดของการแกว่ง อี 1 จากโซนหนึ่งสามารถพบได้โดยการรวมเวกเตอร์ทั้งหมดนั่นคือ มันสร้างเวกเตอร์ที่เชื่อมต่อจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของสายโซ่ของเวกเตอร์พื้นฐาน (รูปที่ 2a)

ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถสร้างการก่อสร้าง รวมทั้งโซนที่สอง (รูปที่ 2b) ผลลัพธ์เวกเตอร์ อี 2 ต่อต้าน อี 1 ขึ้นไป ค่าสัมบูรณ์ค่อนข้างน้อย อีหนึ่ง . เหตุการณ์หลังเกิดจากความจริงที่ว่าแม้ว่าพื้นที่ของโซนจะเหมือนกัน แต่โซนที่สองนั้นเอียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับผู้สังเกต ณ จุดนั้น แต่. อย่างไรก็ตาม แอมพลิจูดรวมของการสั่น อี 1 + อี 2 มีขนาดเล็ก (รูปที่ 2b)

ในทางกราฟิก แอมพลิจูดการแกว่งสามารถคำนวณได้โดยการแทนที่สายโซ่ของเวกเตอร์ด้วยส่วนที่เกี่ยวข้องของวงกลม รูปที่ 2 (c และ d) แสดงโครงสร้างดังกล่าวสำหรับสามและ มากกว่าโซนหน้าคลื่นทรงกลม การเปรียบเทียบกรณี a และ d เราสังเกตว่าแอมพลิจูดของการแกว่งจากโซนเฟรสเนลที่ 1 เป็นสองเท่า (และความเข้มของแสง ฉัน 4 เท่า ฉัน » อา 2) มากกว่าแอมพลิจูดที่สอดคล้องกันจากโซนจำนวนอนันต์

ให้มีที่มาของจุด สและแผ่นทึบแสง เอ็มมีรูกลม (รูปที่ 3a) จำเป็นต้องกำหนดความสว่าง ณ จุดใดจุดหนึ่ง แต่, นอนบนเส้นตรงผ่านจากต้นทาง สผ่านศูนย์กลางของรู เห็นได้ชัดว่ารูจะทะลุผ่านเพียงส่วนหนึ่งของคลื่นทรงกลม แสงสว่าง ณ จุดใดจุดหนึ่ง แต่จะถูกกำหนดโดยการกระทำของส่วนนี้ของด้านหน้าเท่านั้น กล่าวคือ โดยโซนเฟรสเนลเปิดเท่านั้น จำนวนที่ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของรู ความยาวคลื่น และเรขาคณิตของการทดลอง

ถ้าจำนวนโซนเปิด ถึงเท่ากัน จากนั้นการคำนวณแบบกราฟิกของความเข้ม (รูปที่ 2b) จะนำไปสู่ความเข้มขนาดเล็กที่หายไป กล่าวคือ ณ จุดนั้น แต่จะมีความมืดและมีความแปลกประหลาด ถึง(รูปที่ 2, a, c) ณ จุดนั้น แต่จะมีความสว่างสูงสุด

เห็นได้ชัดว่ามันต้องสมมาตรกับจุดนั้น แต่(เนื่องจากที่จุดที่อยู่ห่างจากศูนย์กลางเท่ากัน เงื่อนไขการเลี้ยวเบนจะเท่ากัน) ในกรณีนี้ หากเราสังเกตจุดสว่างที่จุดบนแกน เราจะพบวงแหวนสีดำรอบๆ บริเวณนั้น ซึ่งเราจะสังเกตเห็นวงแหวนแสง นั่นคือ รูปแบบการเลี้ยวเบนเป็นวงแหวนสีเข้มและวงแหวนแสงสลับกัน (วงกลม ) (รูปที่ 3, ข) .

มุม เอการกำหนดทิศทางของการเลี้ยวเบนสูงสุดบางส่วนเรียกว่ามุมเลี้ยวเบน (รูปที่ 3a) เป็นไปได้ (แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องง่าย) ที่จะแสดงว่าทิศทางไปยังวงแหวนแรกนั้นมีลักษณะเป็นมุม (แม่นยำกว่า 1.22 ) โดยที่ d- เส้นผ่านศูนย์กลางรู

1 | | |

1. หลักการของ Huygens-Fresnel คืออะไร?

2. คลื่นใดที่เรียกว่าเชื่อมโยงกัน?

3. การเลี้ยวเบนของแสงเรียกว่าอะไร? ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้อย่างไร?

6. การกระทำของตะแกรงเลี้ยวเบนจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากวางไว้ในน้ำ?

11. โดยปกติแสงสีขาวจะตกบนตะแกรงเลี้ยวเบน 1 มิติที่มีช่องผ่า 100 ช่องต่อ 1 มม. ความเข้มของแสงกระจายบนหน้าจออย่างไร? บนหน้าจอมีจุดต่ำสุดเพิ่มเติมอีกกี่จุดระหว่างจุดสูงสุดหลักสองจุด? อะไรคือเงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดที่สำคัญ?

13. แสงที่มองเห็นมีความยาวคลื่นเท่าใด พวกเขาอยู่ภายใต้การกระจาย?

15. การกระจายตัวเชิงเส้นและเชิงมุมของตะแกรงเลี้ยวเบนเรียกว่าอะไร?

16. อะไรเรียกว่ากำลังแก้ไขของตะแกรงเลี้ยวเบนแสง?

17. ยกตัวอย่างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ได้จากเส้นสเปกตรัมสองเส้นโดยใช้ตะแกรงที่มีความละเอียดและการกระจายเชิงเส้นต่างกัน

แล็บ #4

การศึกษาลักษณะแรงดันกระแสของโฟโตเซลล์

4.1. เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของงาน

เป้าหมายของงาน:

– ทำความคุ้นเคยกับการศึกษากฎของโฟโตอิเล็กทริกภายนอก

งาน:

– ศึกษาลักษณะแรงดันกระแสของโฟโตเซลล์

– การกำหนดข้อผิดพลาดในการวัด

4.2. ส่วนทฤษฎี

4.2.1. ตาแมวผล

การติดตั้งทางอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการที่ทันสมัยจำนวนมากสำหรับการวัด การควบคุม และการควบคุมทางกายภาพและต่างๆ กระบวนการทางเทคโนโลยีขึ้นอยู่กับการใช้องค์ประกอบที่ไวต่อแสง - โฟโตเซลล์

มีการใช้โฟโตเซลล์ ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเกิดขึ้นในโลหะและสารกึ่งตัวนำภายใต้การกระทำของแสงตกกระทบบนพื้นผิว ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่าโฟโตอิเล็กทริกและประกอบด้วยความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนภายในตัวนำได้รับพลังงานเพิ่มเติมจากฟลักซ์แสง

ปัจจุบันรู้จักเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกสามประเภท:

1. โฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ภายนอกคือการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนจากพื้นผิวของโลหะ

2. เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายในซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลง ความต้านทานไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำบางชนิดเมื่อสัมผัสกับแสง

3. Valve photoelectric effect ซึ่งส่งผลให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างชั้นของสารสองชนิดด้วย ธรรมชาติที่แตกต่างการนำไฟฟ้า

ตามชื่อเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกสามประเภทที่มีชื่อโฟโตเซลล์สามประเภทมีความโดดเด่น: โฟโตเซลล์ที่มีเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกโฟโตรีซีสเตอร์ที่มีเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายในและโฟโตเซลล์วาล์ว

ในปี พ.ศ. 2433 ได้มีการกำหนดกฎสามข้อสำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก:

1. ที่ความถี่คงที่ของแสงตกกระทบ จำนวนโฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากโฟโตแคโทดต่อหน่วยเวลาจะแปรผันตามความเข้มของแสง

2. สูงสุด ความเร็วเริ่มต้น(ค่าเริ่มต้นสูงสุด พลังงานจลน์) โฟโตอิเล็กตรอนไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงตกกระทบ แต่จะถูกกำหนดโดยความถี่ n เท่านั้น

3. สำหรับแต่ละสารจะมีขอบสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก (ขึ้นอยู่กับ ลักษณะทางเคมีสารและสถานะของพื้นผิว) - ความถี่ต่ำสุดของแสงซึ่งต่ำกว่าซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะเกิดโฟโตอิเล็กทริก

เพื่ออธิบายกลไกของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก ไอน์สไตน์แนะนำว่าแสงที่มีความถี่ n ไม่เพียงถูกปล่อยออกมาจากควอนตาแต่ละตัว (ตามสมมติฐานของพลังค์) แต่ยังแพร่กระจายในอวกาศและถูกดูดซับโดยสสารในส่วนต่าง ๆ (ควอนตา) ซึ่งพลังงาน เป็น .

Quanta รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง กับในสุญญากาศเรียกว่าโฟตอน

พลังงานของโฟตอนตกกระทบจะใช้กับการทำงานของอิเล็กตรอนในการออกจากโลหะและในการสื่อสารของพลังงานจลน์กับอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา

สมการของไอน์สไตน์สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก:

สมการนี้อธิบายการพึ่งพาพลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอนกับความถี่ของแสงตกกระทบ ความถี่จำกัด (หรือความยาวคลื่น) ซึ่งพลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับศูนย์ คือเส้นขอบสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก

มีรูปแบบอื่นในการเขียนสมการไอน์สไตน์สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก:

4.2.2. โฟโตเซลล์ที่มีผลโฟโตอิเล็กทริกภายนอก

โฟโตเซลล์ที่มีเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกคือไดโอดที่การปล่อยอิเล็กตรอนจากแคโทดเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของฟลักซ์แสงที่ตกกระทบ

อุปกรณ์ตาแมวแสดงในรูปที่ 10. อิเล็กโทรดสองขั้วอยู่ในภาชนะแก้วปิดสนิท - แคโทด 1 และแอโนด 2 โฟโตแคโทดทำโดยใช้วัสดุที่ไวต่อแสง พื้นผิวด้านในหลอดแก้วของตาแมวเพื่อให้ชั้นไวแสงหันไปทางด้านในของหลอดไฟ ซีเซียมเป็นวัสดุไวแสงที่ใช้กันมากที่สุด ขั้วบวกของตาแมวทำในรูปแบบของวงแหวนขนาดเล็ก (หรือกริด) ซึ่งติดตั้งอยู่บนขาในฐาน ด้วยรูปทรงนี้ แอโนดจึงไม่ป้องกันรังสีแสงไม่ให้ไปถึงแคโทด

โฟโตเซลล์ที่มีเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกผลิตขึ้นในสองประเภท: สุญญากาศและเติมก๊าซ ในโฟโตเซลล์สุญญากาศ อากาศจะถูกสูบออกไปในสุญญากาศลึก สำหรับการเติมก๊าซ - หลังจากสูบลมออก ขวดจะเติมก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน, ฮีเลียม) จนถึงแรงดันประมาณ 0.01 - 1 มม. rt. ศิลปะ.

เพื่อศึกษาการพึ่งพาโฟโตเคอร์เรนต์กับการส่องสว่างและแรงดันไฟบนอิเล็กโทรด วงจรที่แสดงในรูปที่ 11. ตาแมวจะแสดงในรูปแบบที่สะดวกสำหรับการนำเสนอ การส่องสว่างของแคโทดเปลี่ยนแปลงโดยการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างตาแมวกับตาแมว เมื่อระยะห่างของแหล่งกำเนิดแสงเพิ่มขึ้น การส่องสว่างจะเปลี่ยนไปตามกฎหมาย:

ที่ไหน เจ- ความเข้มแสงของแหล่งกำเนิด rคือระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดแสงกับตาแมว

เมื่อเข้าใกล้แหล่งกำเนิดแสงจะเพิ่มขึ้นตามกฎหมาย:

ที่ไหนสำหรับ ความหมายต่างกันการส่องสว่างหลายหลาก อี, 2อี, 3อี, … ระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดแสงกับโฟโตเซลล์จะเท่ากับ ….

ข้าว. 11. ไดอะแกรมการติดตั้ง

4.3. เครื่องมือและเครื่องประดับ:

– อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ – 1 ชิ้น.

– สายไฟ – 2 ชิ้น

– แหล่งจ่ายไฟ – 1 ชิ้น.

4.4. สั่งงาน

1. เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับเครื่องมือ เปิดแหล่งจ่ายไฟ เครื่องมือ และโฟโตเซลล์โดยใช้สวิตช์

2. ตั้งแหล่งกำเนิดแสงที่ระยะห่าง rจากตาแมว

3. วัดความแรงของโฟโตเคอร์เรนต์โดยเปลี่ยนแรงดันไฟจาก 0 V เป็น 7 V ในช่วงเวลา 1 V

4. ทำซ้ำขั้นตอนที่ 3 สำหรับระยะทางจากแหล่งกำเนิดแสงถึงโฟโตเซลล์เท่ากัน https://pandia.ru/text/78/242/images/image069_4.gif" width="17" height="53 src="> . ผลลัพธ์ป้อนการวัดในตารางที่ 7

5. ตามข้อมูลที่เป็นตัวเลขของตาราง ให้สร้างกราฟหนึ่งขึ้นกับการพึ่งพาโฟโตเคอร์เรนต์บนแรงดันไฟฟ้าที่ระดับการส่องสว่างต่างๆ

ตารางที่ 7. ลักษณะโวลต์ - แอมแปร์ของโฟโตเซลล์


		ฉัน, uA

4.5. คำถามทดสอบ

1. โฟโตเซลล์ที่มีเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกทำงานอย่างไร

2. กำหนดกฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก

3. กระแสอิ่มตัวของตาแมวเรียกว่าอะไร?

4. เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกที่สังเกตพบที่ความถี่ของแสงตกกระทบคืออะไร? ขอบสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกคืออะไร?

5. เหตุใดกระแสไฟจึงเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของการส่องสว่างด้วยภาพถ่ายที่แรงดันไฟฟ้าเท่ากันที่หน้าสัมผัสของตาแมว

6. การส่องสว่างของโฟโตเซลล์เพิ่มขึ้นโดยกฎข้อใดเมื่อเข้าใกล้แหล่งกำเนิดแสง

7. photocurrent เพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่หน้าสัมผัสของ photocell ที่มีการส่องสว่างคงที่อย่างไร?

8. ร่างโฟโตเซลล์ด้วยเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก ตั้งชื่อองค์ประกอบและอธิบายหลักการทำงาน

9. ตามลักษณะแรงดันกระแสไฟที่สร้างขึ้นของตาแมว ให้อธิบายแนวคิดของพื้นที่อิ่มตัว

10. กระแสไฟขาออกขึ้นอยู่กับการส่องสว่างของตาแมวอย่างไร? อธิบายความสัมพันธ์นี้

11. กฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกถูกกำหนดอย่างไร?

12. กฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกได้รับการยืนยันในงานนี้หรือไม่?

13. เขียนสูตรของ Einstein สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกแล้ววิเคราะห์ ส่วนประกอบใดของสูตรของ Einstein ที่ได้รับการยืนยันจากห้องปฏิบัติการที่ทำขึ้น?

14. แรงดันไฟเรียกว่าจุดระเบิดอะไรขึ้นอยู่กับอะไร?

แล็บ #5

การศึกษาโพลาไรเซชันของแสง

5.1. เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของงาน

เป้าหมายของงาน:

– ทำความคุ้นเคยกับปรากฏการณ์โพลาไรซ์แสง

งาน:

– กำหนดดัชนีการหักเหของแสงของแก้วโดยใช้มุมบรูว์สเตอร์

– ทดลองตรวจสอบความถูกต้องของกฎหมาย Malus

– กำหนดรูปแบบในการสังเกตการหักเหของแสงสองเท่าบนผลึกของแร่ไอซ์แลนด์

5.2. ส่วนทฤษฎี

5.2.1. โพลาไรซ์แสง

ดังที่ทราบกันดีว่าแม่เหล็กไฟฟ้าระนาบ คลื่นแสงเป็นแนวขวางและแสดงถึงการขยายพันธุ์ซึ่งกันและกัน การสั่นสะเทือนในแนวตั้ง: เวกเตอร์ความตึงเครียด สนามไฟฟ้าและเวกเตอร์ความตึงเครียด สนามแม่เหล็ก(รูปที่ 12, a)..gif" width="24" height="25 src=">เป็นนัย

ลำแสงซึ่งทิศทางต่างๆ ของเวกเตอร์ในระนาบขวางกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นมีแนวโน้มเท่ากันเรียกว่าธรรมชาติ ในแสงธรรมชาติ การผันผวนในทิศทางต่างๆ อย่างรวดเร็วและสุ่มเข้ามาแทนที่กัน (รูปที่ 12, b)

แสงที่ทิศทางของการแกว่งเวกเตอร์ได้รับคำสั่งในทางใดทางหนึ่งและปฏิบัติตามความสม่ำเสมอบางอย่างเรียกว่าโพลาไรซ์ ในวงกลมหรือโพลาไรซ์รูปไข่ (รูปที่ 13, ข, ใน). ด้วยโพลาไรซ์เชิงเส้นระนาบที่มีลำแสงและเวกเตอร์เรียกว่าระนาบการสั่นหรือระนาบโพลาไรซ์คลื่น

เพื่อให้ได้แสงโพลาไรซ์เชิงเส้นจึงใช้อุปกรณ์ออปติคัลพิเศษ - โพลาไรเซอร์ ระนาบของการสั่นของเวกเตอร์ไฟฟ้าในคลื่นที่ผ่านโพลาไรเซอร์เรียกว่าระนาบของโพลาไรเซอร์

สามารถใช้โพลาไรเซอร์ใดๆ เพื่อศึกษาแสงโพลาไรซ์ เช่น เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ ในกรณีนี้ ระนาบการสั่นของแสงที่ส่องผ่านจะตรงกับระนาบของเครื่องวิเคราะห์ ความเข้ม ฉันแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นหลังจากผ่านเครื่องวิเคราะห์จะขึ้นอยู่กับมุมที่เกิดขึ้นจากระนาบการสั่นของลำแสงตกกระทบบนเครื่องวิเคราะห์กับระนาบของเครื่องวิเคราะห์ ตามกฎหมาย Malus

โดยที่ https://pandia.ru/text/78/242/images/image070_2.gif" width="20" height="25">, ตั้งฉากกับระนาบของอุบัติการณ์, ขีดกลาง - การแกว่งในระนาบของอุบัติการณ์ ระดับของโพลาไรซ์ของลำแสงสะท้อนขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ และจากมุมตกกระทบ ผม. เมื่อลำแสงตกลงบนเครื่องบิน เอ็มนู๋ที่มุม Brewster ลำแสงสะท้อนจะถูกโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์ ลำแสงหักเหมีโพลาไรซ์บางส่วน อัตราส่วน

เรียกว่ากฎของบรูว์สเตอร์ ระนาบการสั่นของเวกเตอร์ไฟฟ้าในแสงสะท้อนจะตั้งฉากกับระนาบของอุบัติการณ์ (รูปที่ 14)

เนื่องจากแสงที่สะท้อนจากแผ่นไดอิเล็กทริกเป็นแบบโพลาไรซ์เพียงบางส่วน (หรือทั้งหมด) แสงที่ส่องผ่านจึงถูกโพลาไรซ์บางส่วนและกลายเป็นแสงผสม การสั่นที่เด่นของเวกเตอร์ไฟฟ้าในแสงที่ส่องผ่านจะเกิดขึ้นในระนาบของอุบัติการณ์ โพลาไรเซชันของแสงที่ส่องผ่านสูงสุดแต่ไม่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นเมื่อตกกระทบที่มุมบริวสเตอร์ เพื่อเพิ่มระดับของโพลาไรเซชันของแสงที่ส่องผ่าน จะใช้กองแผ่นแก้วซึ่งอยู่ที่มุม Brewster กับแสงที่ตกกระทบ ในกรณีนี้ สามารถรับแสงโพลาไรซ์เกือบทั้งหมดได้ เนื่องจากแสงสะท้อนแต่ละครั้งลดการสั่นสะเทือนที่ส่งผ่าน ระนาบตั้งฉากตกไปในทางใดทางหนึ่ง

5.2.3. การหักเหของแสงในผลึกสองด้าน

คริสตัลบางชนิดมีคุณสมบัติของการหักเหของแสง เมื่อหักเหในคริสตัลดังกล่าว ลำแสงจะถูกแบ่งออกเป็นสองลำแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นโดยมีทิศทางการสั่นในแนวตั้งฉากร่วมกัน รังสีหนึ่งเรียกว่าธรรมดาและเขียนแทนด้วยตัวอักษร เกี่ยวกับ, อันที่สองผิดปกติและเขียนแทนด้วยตัวอักษร อี.

ลำแสงธรรมดาก็พอใจ กฎหมายจารีตประเพณีการหักเหและอยู่ในระนาบเดียวกับรังสีตกกระทบและเส้นปกติ สำหรับรังสีพิเศษ อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบและการหักเหของแสงจะไม่คงที่เมื่อมุมตกกระทบเปลี่ยนไป นอกจากนี้ไม่ ลำแสงธรรมดาตามกฎแล้วไม่อยู่ในระนาบของอุบัติการณ์และเบี่ยงเบนจากลำแสง เกี่ยวกับแม้ภายใต้อุบัติการณ์แสงปกติ

โดยการเบี่ยงคานด้านใดด้านหนึ่งไปด้านข้าง สามารถรับลำแสงโพลาไรซ์ของระนาบได้ นี่คือวิธีการจัดเรียงปริซึมโพลาไรซ์ Nicol (รูปที่ 15) ตัวอย่างเช่น สองด้านตามธรรมชาติของสปาร์คริสตัลไอซ์แลนด์ถูกตัดเพื่อลดมุมระหว่างพื้นผิวลงเหลือ 68° จากนั้นตัดคริสตัลออกเป็นสองส่วนตามระนาบ BDที่มุม 90° กับใบหน้าใหม่ หลังจากการขัดพื้นผิวที่ตัดแล้วจะติดกาวร่วมกับยาหม่องแคนาดาซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงที่ตรงตามเงื่อนไข ที่ไหนและเป็นดัชนีการหักเหของแสงของเสาไอซ์แลนด์สำหรับรังสีธรรมดาและพิเศษ

ตกในมุมที่เกินขอบเขตบนระนาบ BD, รังสีธรรมดาผ่านครบแล้ว ภาพสะท้อนภายในบนขอบเฟลด์สปาร์บาล์ม..gif" width="77 height=32" height="32">.gif" width="76" height="32 src="> วัดปริมาณการส่องสว่าง สร้างกราฟ และได้ข้อสรุป

https://pandia.ru/text/78/242/images/image089.jpg" width="406" height="223 src=">

ตอนนี้แทนที่จะติดตั้งแผ่นใสด้วยแผ่นคริสตัล มีการติดตั้งรุ่นหมายเลข 1 (ลำแสง) และหมายเลข 2 (แผ่น) ก่อนทำการติดตั้งแบบจำลองในเส้นทางของลำแสง คุณต้องตั้งค่าโพลาไรเซอร์และตัววิเคราะห์เพื่อให้แสงดับสนิท (ระนาบ) ส่ง P-Pและ A-A ตั้งฉาก) แก้ไขรุ่นที่ 1 ในตัวยึด (พร้อมสกรูยึดที่คลายออกก่อนหน้านี้) แล้วแสดงภาพบนหน้าจอ จากนั้นยึดโมเดลด้วยสกรูแล้วทำตามการเปลี่ยนแปลงในภาพบนหน้าจอ รุ่น #2 (จะไม่พอดีกับด้ามจับ) ผ่านการทดสอบการดัดโค้งในลักษณะเดียวกัน ทำแบบร่างและข้อสรุปที่จำเป็นในงานที่ได้รับมอบหมาย

ภารกิจที่ 3 ศึกษาปรากฏการณ์การหักเหของแสง

https://pandia.ru/text/78/242/images/image091_0.jpg" width="414" height="139 src=">

วางแผ่นกระจกขนานกับระนาบบนเครื่องเล่นแผ่นเสียง ตั้งค่ามาตราส่วนตารางเป็นศูนย์ แก้ไขช่องเสียบที่ถอดออกได้ในที่ยึดอันใดอันหนึ่งและใช้สปริงบนช่องเสียบเพื่อติดตั้งกระจกฝ้า

ตอนนี้จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวของแผ่นกระจกตั้งฉากกับลำแสง (มุมตกกระทบของรังสีจะเท่ากับศูนย์) เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้มองจากด้านบนจากด้านข้างของช่องผ่าและหมุนโต๊ะวัตถุ (ไม่ใช่มาตราส่วน!) คุณต้องแน่ใจว่าช่อง กึ่งกลางโต๊ะ และภาพของช่องวางอยู่บนเส้นตรงเดียวกัน จากนั้นหมุนจาน (ไม่ใช่โต๊ะ!) ตามเข็มนาฬิกา ตรวจสอบแสงสะท้อนเพื่อหาโพลาไรซ์เชิงเส้นโดยใช้โพลารอยด์แบบถอดได้ (ในกรณีนี้ ดวงตา ศูนย์กลางของโต๊ะ และภาพของรอยกรีดต้องอยู่ในเส้นเดียวกัน! ). พอไปถึงบ้าง มุมจำกัดแสงสะท้อน X จะถูกโพลารอยด์ดับเกือบหมด บันทึกค่ามุมนี้ หลังจากถอดแผ่นกระจกออกจากเครื่องเล่นแผ่นเสียงแล้ว ให้หาดัชนีการหักเหของแสง n หลังจากนั้นคุณต้องเปรียบเทียบกับดัชนีการหักเหของแสง n และหาข้อสรุป

คำถามทดสอบ

แสงชนิดใดที่เรียกว่าโพลาไรซ์

สืบเสาะและอธิบายกฎของมาลุส

ปรากฏการณ์การหักเหสองครั้งคืออะไร?

บันทึกในครึ่งคลื่นและครึ่งคลื่น

หลักการทำงานของปริซึมนิโคล

การรบกวนของคานโพลาไรซ์เชิงเส้น

รับและวิเคราะห์สูตร Fresnel

สังเกตอย่างไร ความเครียดภายในในความตึงและการบีบอัด ของแข็ง? มันประจักษ์ได้อย่างไร?

อะไรคือปรากฏการณ์ของ birefringence มันมีสารอะไรบ้างตามที่คุณสังเกต birefringenceที่ทำงาน?

คุณสังเกตเห็นอะไรเมื่อคุณหมุนตัวอย่างด้วยฟิล์มหลายชั้นที่เสริมความแข็งแรงระหว่างโพลารอยด์ อธิบายข้อสังเกตของคุณ

วัตถุประสงค์:ศึกษาปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนและการกำหนดความยาวคลื่นของแสง

การอ้างอิงทางทฤษฎี

การเลี้ยวเบนของคลื่นเป็นปรากฏการณ์ของการบิดเบี้ยวของหน้าคลื่นระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นในตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเลี้ยวเบนเป็นทั้งการเข้ามาของคลื่นในบริเวณเงาเรขาคณิต และการปัดเศษของสิ่งกีดขวาง และการกระเจิงของคลื่นตามอะตอม ตาข่ายคริสตัล, และ ทั้งสายปรากฏการณ์อื่น ๆ ในระหว่างการเลี้ยวเบน การทับซ้อนของคลื่นกระจัดกระจายจำเป็นต้องเกิดขึ้น และตามกฎแล้ว การแจกจ่ายพลังงานคลื่นในอวกาศคือ การเลี้ยวเบนแยกออกไม่ได้จากการรบกวน

รูปแบบการเลี้ยวเบนสามารถคำนวณได้โดยใช้ หลักการของ Huygens-Fresnel:แต่ละจุดของหน้าคลื่นเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทุติยภูมิ ซึ่งห่อหุ้มซึ่งให้ตำแหน่งของหน้าคลื่น ณ ช่วงเวลาใดๆ ต่อจากนี้ไป และผลการแกว่งที่จุดใดๆ ที่ด้านหน้าของคลื่นจะเป็นการทับซ้อนของการแกว่งที่มาจากทั้งหมด จุดของคลื่น

ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการเลี้ยวเบนของคลื่นระนาบโดยรอยกรีด (รูปที่ 1) คลื่นจะกระจายด้วยความเข้มต่างกันไปในทุกทิศทาง เลนส์จะรวบรวมคลื่นทุติยภูมิคู่ขนานมาไว้ที่จุดหนึ่งของหน้าจอที่อยู่ในระนาบโฟกัสของเลนส์ที่คลื่นรบกวน โดยใช้วิธี Fresnel zones แสดงว่าในทิศทางที่ตรงตามเงื่อนไข
(1)

โดยที่ m = 1, 2, 3,.... ความเข้มของแสงจะน้อยที่สุด

หากรอยแยกไม่ใช่หนึ่งเดียว แต่เป็น N ดังนั้นในแต่ละรอยกรีด คลื่นจะกระจายไปในลักษณะเดียวกัน และรูปแบบการเลี้ยวเบนเป็นผลมาจากการรบกวนของลำแสง N ที่เชื่อมโยงกัน

อนุญาต คลื่นเครื่องบินปกติจะตกลงบนหน้าจอซึ่งไม่มีช่องคู่ขนานที่มีความกว้าง แต่ละช่องถูกตัด ระยะห่างระหว่างสล็อต ข. ค่า
เรียกว่าระยะเวลาของโครงสร้าง

ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 2 ความแตกต่างของเส้นทางระหว่างคานข้างเคียง 2 อัน
(2)

โดยที่  คือมุมเลี้ยวเบน ที่จุดเหล่านั้นของหน้าจอซึ่งลำแสง N ทั้งหมดมาอยู่ในเฟสเดียวกัน พวกมันจะขยายพร้อมกัน และในสถานที่เหล่านี้ ค่าสูงสุดของแสงหลักที่เรียกว่าจะถูกสังเกต ดังนั้นค่าสูงสุดหลักจะสอดคล้องกับมุมการเลี้ยวเบนดังกล่าว ซึ่งความแตกต่างของเส้นทางจะเท่ากับจำนวนความยาวคลื่นจำนวนเต็ม กล่าวคือ

, (3)

ที่ไหน ม = 0, 1, 2, 3,....

แอมพลิจูดของการแกว่งในค่าสูงสุดหลักจะเป็น N เท่า และความเข้ม (ความส่องสว่าง) N 2 เท่าจากหนึ่งช่อง

ค่าสูงสุดรองขนาดเล็กที่แสดงในรูปที่ 2 มีความเข้มข้นต่ำกว่าค่าหลัก 20 เท่า ดังนั้นจึงไม่น่าสนใจ ควรจำไว้ว่าในทิศทางที่กำหนดโดยสูตร (1) ไม่มีช่องเดียวที่ส่งลำแสงและด้วยเหตุนี้ระบบของกรีดก็เช่นกัน แต่นอกเหนือจากค่าต่ำสุดของการเลี้ยวเบนเหล่านี้แล้ว ยังมีค่าอื่นๆ อีกมากมายที่แยกจากกันโดย maxima ด้านข้าง แต่ก็ไม่มีค่าที่มีนัยสำคัญเช่นกัน ที่ N>100 รูปแบบการเลี้ยวเบนที่จริงแล้วประกอบด้วยแถบแสงแคบ - ค่าสูงสุดหลักที่คั่นด้วยช่องว่างสีเข้ม การกระจายความเข้มของแสงสีเดียวเมื่อให้แสงสว่างแก่ระบบจาก จำนวนมากสล็อตจะแสดงในเชิงคุณภาพในรูปที่ 3

เครื่องมือสเปกตรัมประกอบด้วยแก้วหรือ แผ่นเหล็กด้วยจังหวะที่ใช้กับมันและปฏิบัติตามหลักการที่อธิบายไว้ข้างต้นเรียกว่า ตะแกรง.

สูตร (3) เรียกว่าสูตรตะแกรงเลี้ยวเบน เมื่อตะแกรงส่องสว่างด้วยแสงสีขาวหรือแสงที่ไม่ใช่สีเดียว จะถูกแยกออกเป็นสเปกตรัมเนื่องจาก แต่ละความยาวคลื่น  สอดคล้องกับตำแหน่งสูงสุดของค่าสูงสุดบนหน้าจอ ตัวอย่างเช่น รูปแบบการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้เมื่อตะแกรงส่องสว่างด้วยแสงสีขาวมีรูปแบบดังแสดงในรูปที่ 4

ตะแกรงที่ทันสมัยที่สุดมี 1200 เส้นต่อมิลลิเมตร กล่าวคือ
µm, ที่ จำนวนทั้งหมดสล็อต (จังหวะ) N=200000 ความยาวของตะแกรงดังกล่าวคือ 20 ซม. และความยาวของสเปกตรัมที่มองเห็นได้คือประมาณ 70 ซม. และสังเกตได้เฉพาะลำดับแรกเท่านั้น

ตะแกรงเลี้ยวเบนใช้เพื่อศึกษาสเปกตรัม

รูปแบบการติดตั้ง

ที่
การตั้งค่าสำหรับการสังเกตรูปแบบการเลี้ยวเบนประกอบด้วยรางไม้ซึ่งติดตั้งตะแกรงการเลี้ยวเบน DR โล่ Shch เคลื่อนที่ไปตามรางด้วย ช่องว่างแคบและไม้บรรทัดที่มีมาตราส่วนมิลลิเมตร บทบาทของเลนส์นั้นดำเนินการโดยเลนส์ของ eye XP ภาพของรอยกรีดเกิดขึ้นบนเรตินาของตา SG และสังเกตได้จากพื้นหลังที่มีขนาดมิลลิเมตร ขนาดของลูกตาและระยะห่างจากดวงตาถึงตะแกรงอาจมองข้ามไปเมื่อเปรียบเทียบกับระยะห่างจากช่องกรีดถึงตะแกรง L ช่องกรีดจะส่องสว่างด้วยหลอดไฟฟ้า L หากคุณดูช่องที่ส่องสว่างด้วยแสงผ่าน ตะแกรงเลี้ยวเบน นอกจากภาพ C ตรงกลางของช่องแสงสีขาวทั้งสองด้านแล้ว ยังสามารถมองเห็นภาพเอ็กซ์เรย์สีรุ้งสมมาตร (สเปกตรัม) ได้ มุมการเลี้ยวเบนถูกกำหนดโดยตำแหน่ง การเลี้ยวเบนสูงสุดในระดับมิลลิเมตร

เป็นที่ชัดเจนจากโครงสร้างทางเรขาคณิตที่
, ที่ไหน l – ระยะห่างจากภาพตรงกลางของช่อง (m = 0) ถึงภาพด้านข้าง L คือระยะห่างจากตะแกรงถึงช่อง ระบุว่า
สำหรับมุมการเลี้ยวเบนขนาดเล็ก เราจะได้

(4)

การใช้สูตร (3) และ (4) เราได้รับนิพจน์สำหรับการคำนวณความยาวคลื่น λ ซึ่งปริมาณทั้งหมดสามารถวัดได้อย่างง่ายดายในการตั้งค่า:
(5)

สั่งงาน

1. เสียบเครื่องเข้ากับเครือข่าย

2. นำตาเข้าใกล้ตะแกรงเลี้ยวเบน ชี้อุปกรณ์ไปที่แหล่งกำเนิดแสงเพื่อให้มองเห็นสเปกตรัมการเลี้ยวเบนของคำสั่งที่ 1 และ 2 ได้ทั้งสองด้านของช่องผ่าบนโล่

3. วัดระยะทาง L - จากโล่ถึงตะแกรงเลี้ยวเบน

4. วัดระยะทาง l– จากตรงกลางของค่าสูงสุดตรงกลางไปยังค่าตรงกลางสูงสุดของคำสั่งแรก สีฟ้า.

5. ใช้สูตร (5) คำนวณความยาวคลื่นสีน้ำเงิน

6. ทำการทดลองสำหรับลำดับที่สองของสีน้ำเงิน บันทึกข้อมูลที่ได้รับในตาราง

7. ดำเนินการวัดที่คล้ายกันสำหรับสีเหลือง สีเขียว และสีแดงตามที่ครูกำหนด

8. คำนวณค่าเบี่ยงเบนจากค่าเฉลี่ย
และวางไว้ในตาราง

		lcม		<>, นาโนเมตร

คำถามทดสอบ

1. การเลี้ยวเบนคืออะไร? มันสำแดงตัวมันเองในปรากฏการณ์ใด?

2. หลักการของ Huygens-Fresnel เป็นอย่างไร?

3. จุดสูงสุดที่สำคัญคืออะไร? พวกเขาเกิดขึ้นได้อย่างไร?

4. Diffraction minima คืออะไร? ลักษณะของพวกเขาคืออะไร?

5. จะเกิดอะไรขึ้นกับรูปแบบการเลี้ยวเบนเมื่อจำนวนช่อง N เพิ่มขึ้น? (อธิบายแบบกราฟิก).

6. ตะแกรงเลี้ยวเบนคืออะไร? มันถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร?

7. จะเขียนและอธิบายสูตรของ maxima หลัก (สูตรตะแกรงเลี้ยวเบน) อย่างไร?

8. ภาพใดที่สังเกตเห็นบนหน้าจอเมื่อตะแกรงส่องสว่างด้วยแสงสีขาวซึ่งเป็นแสงจากตะเกียงปรอท?

9. จากลำดับ m สเปกตรัมการเลี้ยวเบนของแสงที่มองเห็นได้ทับซ้อนกันหรือไม่?

10. อะไรคือบทบาทของเลนส์กล้องโทรทรรศน์ในการสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบน? เปลี่ยนเลนส์ด้วยตาได้ไหม?

11. ควรติดตั้งหน้าจอเพื่อให้สังเกตรูปแบบการเลี้ยวเบนจากเลนส์กล้องโทรทรรศน์ในระยะเท่าใด

12. การประยุกต์ใช้การเลี้ยวเบนในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีคืออะไร?

13. อธิบายลักษณะที่ปรากฏของแถบสีขาวตรงกลางรูปแบบการเลี้ยวเบนเมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีขาว

14. ลำดับของสีในสเปกตรัมการเลี้ยวเบนคืออะไร?

วรรณกรรม.

1. Saveliev I.V. วิชาฟิสิกส์. T.2 - M. , Nauka, 1989. พาร์ 90,91,93,94.

2. Butikov E.I. เลนส์ - ม.5 ม.5 พ.ศ. 2529 ภ. 6.1, 6.3, 6.5.

แล็บ #33