121
Тақырыбы: Мах-Цендер интерферометрін оптика бойынша монтаждау
подставкасында орнықтыру
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №4
Тақырыбы: Мах – Цендер интерферометрі арқылы ауаның сыну
кӛрсеткішін анықтау
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №5
Тақырыбы: Лазер оптикасында пластинаға Майкельсон интерферометрін
орнату
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №6
Тақырыбы: Түрлі түсті жарық фильтрлерін қолдана отырып жұту
құбылысы
Бұл жоғарыда аталған жұмыстарды сабақта орындау ақпараттық
технологиялардың дамыған кезеңінде студенттер үшін ерекше мүмкіндіктер
туғызды. Әсіресе, студенттер приборларды ӛздері құрастырып эксперименттің
нәтижесін компьютер арқылы бақылап отырды. Демек, жоғарыда аталған
комплекстік
лабораториялық
жұмыстар
–
жаңа
ақпараттық
технологиялардың кӛмегімен орындалынатын жұмыстар болып табылады. Осы
жұмыстар бойынша лабораториялық әдістемелік құрал жасалынды. Осы
жұмыстардан мысалдар келтірейік:
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №1
Тақырыбы: Бір саңылаудағы дифракция – видеорегистратор кӛмегімен
кӛрсеткіштерді жазу және бағалау
Эксперимент мақсаты:
1. Әртүрлі ені бар саңылауларда дифракциялық үлгілердің таралу
интенсивтілігін жазу және моделдеу.
2. Саңылаудың енін анықтау.
Принциптер:
Фраунгофер дифракциясы кезінде жарықтың параллель толқындық
шоғыры дифракция объектісіне дейін және одан кейін зерттеледі. Бұл
дифракция объектісіне дейін шексіз қашықтықта орналастырылған жарық кӛзі
мен одан кейін шексіз алыс қашықтықта орналасқан экранға сәйкес келеді.
Эсперимент жүзінде бұл сәуле траекториясына, яғни дифракция объектісі мен
жарық кӛзінің арасына орналастырылған жинағыш линзалар кӛмегімен жүзеге
асырылады.
Френель дифракциясы жағдайында жарық кӛзі мен экран дифракция
нысанынан белгілі бір қашықтықта орналастырылады. Қашықтық артқан
сайын, Френель дифракциясының моделі Фраунгофер дифракциясы моделіне
ұқсас болады. Дифракция моделін есептеу Фраунгофер дифракциясы
жағдайында оңай болады. Сондықтан бұл жерде сипатталатын эксперименттер
Фраунгофер тұжырымына негізделген.
Дифрракция құбылысы сондай-ақ, интенсивтілігі жоғары және когерентті
лазер жарығы кӛмегімен де демонстрацияланады. Келіп түсетін параллель
жарықтың
дифракциясы
және
саңылаудың
апертурасы
саңылау
диафрагмасының геометриялық кӛлеңкесінде (41-ші суреттегі сұр аймақ)
жарықтың таралуын қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, жазықтықта жарық және
122
қараңғы аймақтардың моделі байқалады (мысалы, экранда немесе ақ қағаз
бетінде). Мұны геометриялық оптика заңдарымен түсіндіруге болмайды.
Мұны түсіндірудің бір ғана жолы – жарықтың толқындық қасиеті және
экранда саңылау апертурасынан шығатын шексіз кӛп сәулелердің қабаттасуын
экранда дифракция моделі ретінде бақылау. Белгілі бір бағыттағы барлық
сәулелердің қабаттасуы деструктивті немесе конструктивті интерференция
құбылысын береді.
41 - суретте саңылаудың бір жартысынан шыққан бӛлшек саңылаудың
екінші жартысынан шыққан бӛлшекпен бірдей болып, олар қабаттасқанда
бірін-бірі ӛшіретінін демонстрациялайтын қарапайым тәсіл сипатталған.
Саңылаудан
n
бұрышпен шыққан бӛлшектер үшін орталық сәуле мен одан
алыс жатқан сәулелер арасындағы
n
S
айырым жарықтың толқын
ұзындығының
жартысына еселі:
2
n
S
n
...
3
,
2
,
1
n
(4)
Дифрацияның аз бұрыштары
және экранға дейінгі үлкен қашықтық L
үшін мына формула қолданылады:
L
2
n
n
n
n
õ
b
S
S
(5)
Деструктивті (жоюшы) интерференция шартынан (1) толқын ұзындығын
тауып аламыз:
L
b
õ
ò
n
(6)
Бұл қатынас
толқын ұзындығы мен эксперимент геометриясы
арасындағы байланысты анықтайды. Егер саңылау ені b белгілі болса, онда (7)
теңдеуден
толқын ұзындығын тауып алуға болады. Ал егер монохромат
жарықтың толқын ұзындығы белгілі болса, эксперименттегі дифрациялық
нысанның ӛлшемін (саңылаудың ені) анықтауға болады.
Дифракция моделін дәл есептеу үшін тербеліс күйі саңылаудан әртүрлі
фазамен шығатын бӛлшектер ағынынан құралады. Нәтижесі – экраннан х
қашықтықтағы дифракциялық жарықтың ӛріс кернеулігінің А амплитудасы.
A(x)
амплитудасының таралуынан жарық интенсивтілігінің таралуы
есептелінеді:
I(x) = A
2
(x). (8)
123
b: саңылау ені
L: экран мен саңылау арасындағы қашықтық
x
2
: центрден интенсивтіліктің екінші минимумына дейінгі қашықтық
a
2
:екінші жоюшы интерференция бақыланатын бағыт
Δs
2
: сәулелердің жүріс айырымы
S: экран (қағаз беті немесе CCD видеорегистратор матрицасы)
Сурет 41 - Саңылаудағы жарық дифрациясының сұлбалық кӛрінісі
Сурет 42 - Саңылау дифракциясы моделінің интенсивтілігі
Бір саңылаулы дифракция бұрышы аз болған жағдайда
sin
және
f
x
tg
(f-линзаның фокус арақашықтығы, кескінін видеорегистратордың
менюінен қараңыз) мына формула қолданылады:
2
2
)
(
)
(
sin
)
(
b
b
I
(9)
Әртүрлі b енді саңылаулар үшін экрандағы таралу интенсивтілігі 42-ші
суретте кӛрсетілген. Дифракцияның ең аз мәнінің интенсивтілігі бірдей
қашықтықта берілген. Ең үлкен мәнінің тӛменгі реттегі интенсивтілігі нӛлінші
реттегі негізгі максимумға қарай ығысады. Екінші максимал мәнге жақын
жатқан ең үлен рет екі екінші ретті минимал мәндердің арасында орналасады.
Видеотіркеуіш көмегімен таралу интенсивтілігін жазып алу:
Достарыңызбен бөлісу: |
