Измерение длины световой волны с помощью прозрачной дифракционной решетки

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

[pic 1]

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра общей и технической физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 4

Измерение длины световой волны с помощью прозрачной дифракционной решетки

Выполнил: студент гр.                ___________        //

                                  (подпись)                              (Ф.И.О.)

Проверил:                         /

                                                    (должность)                        (подпись)                            (ФИО)

Санкт-Петербург

2020 г

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментально определить длину волны каждой спектральной линии и угол ее дифракции.

КРАТКОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

[pic 2]

Рисунок 1. Оптическая схема дифракционной решетки.

1. Определение дифракции: дифракция света – явление огибания световыми волнами препятствий с нарушением законов геометрической оптики.
2. Определение дифракционной решетки: дифракционная решетка – это прозрачная пластина с нанесенными на нее непрозрачными штрихами равной ширины b (рис.1). Между непрозрачными штрихами имеются прозрачные одинаковые щели шириной a.
3. Период дифракционной решетки: сумма a + b = d называется постоянной дифракционной решетки.
4. Описание процесса: при прохождении света через любую из щелей происходит дифракция, в результате которой волны распространяются от щели по всем направлениям. Идущие от всех щелей волны собираются линзой О на экране Э и интерферируют между собой. В конкретную точку экрана попадают волны, идущие только под определенным углом ϕ по отношению к дифракционной решетке.

Таким образом, дифракционная решетка осуществляет наложение двух процессов: дифракции на каждой отдельной щели и интерференции излучения от всех щелей.

1. Значительное усиление волн будет происходить только под теми углами ϕ, для которых световые волны, идущие от всех щелей, усиливают друг друга. Это взаимное усиление будет осуществляться, если оптическая разность хода лучей от соседних щелей ΔL кратна длине световой волны
2. Дифракционная решетка, кроме всего прочего, осуществляет разложение световой волны по длинам волн (спектральное разложение). Спектральные линии будут наблюдаться также во втором правом и втором левом порядках (k = +2 и k = −2) и т.д.

Свойство дифракционной решетки – давать максимумы для разных длин волн под разными углами ϕ – используется для измерения длины волны оптического излучения.

Спектр излучения, используемой в лабораторной работе ртутной лампы содержит четыре достаточно интенсивных спектральных линии, различающихся цветом.

Нулевой порядок дифракции (k = 0) легко распознается, так как соответствующая линия имеет такой же цвет, как цвет излучения ртутной лампы и яркость ее значительно больше остальных линий. Справа и слева симметрично от нулевого порядка можно наблюдать цветные линии. Наиболее близко к линии нулевого порядка (справа и слева) располагаются фиолетовые линии, на большем расстоянии зеленые, желтые и красные. Все эти линии, расположенные наиболее близко к линии нулевого порядка, образуют дифракционный спектр первого порядка (для линий справа k = +1; слева k = –1). Далее следуют спектры второго (k = +2 и k = –2) и третьего порядков. Интенсивность наблюдаемых спектральных линий уменьшается с ростом порядка дифракции.