pomiar sta-ej siatki dyfrakcyjnej(laser), Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka Labolatorium, Fizyka Labolatorium, laborki, laborki, lab


Artur Grudziński 22.XI.2002r.

Ćwiczenie nr 32

Temat: Pomiar stałej siatki dyfrakcyjnej za pomocą światła laserowego.

  1. PODSTAWY TEORETYCZNE

1. Falowy charakter światła.

Światło jest falą elektromagnetyczną rozchodzącą się w próżni ze stałą prędkością c.

Jest rozchodzącym się w przestrzeni zaburzeniem pola elektromagnetycznego.

Do celów optycznych potrzebne jest jedynie opisanie w czasie wektora elektrycznego fali świetlnej równaniem (dla fali biegnącej w kierunku osi x):

0x01 graphic

2. Zasada Hyghensa.

Jest ona oparta na konstrukcji geometrycznej i nie daje tak pełnego obrazu jak elektromagnetyczna teoria Maxwella. Brzmi ona: każdy punkt, który fala napotyka na swojej drodze staje się źródłem nowej fali kulistej; położenie fali można odczytać jako styczną do fal cząstkowych. Jest to podstawa wyjaśnienia zjawisk dyfrakcji i interferencji.

3. Interferencja.

Jest to wzajemne nakładanie się fal. W określonym punkcie przestrzeni nastąpi wzmocnienie lub wygaszenie amplitudy w zależności od faz fal w tym punkcie.

a) Warunkiem na wygaszenie się wzajemne dwóch fal jest odwrotność ich faz, czyli różnica odległości od źródeł musi być równa połowie wielokrotności długości fali.

b) Warunek zaś konieczny do wygaszenia się dwóch fal to zgodność ich faz, czyli różnica odległości od źródeł musi być równa całkowitej wielokrotności długości fali.

Chociaż interferencja zachodzi dla dowolnych fal to stały w czasie obraz interferencyjny można zaobserwować jedynie dla źródeł spójnych (o stałej w czasie różnicy faz).

4. Dyfrakcja.

Jest to zjawisko ugięcia się fali zauważalne, gdy przechodzi ona przez szczelinę o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

  1. Laser - Co to takiego? Charakterystyka oraz ogólna budowa laserów.

Wyraz laser jest skrótem pełnej angielskiej nazwy mechanizmu jego działania: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - wzmacnianie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Laser jest urządzeniem wytwarzającym światło różniące się bardzo od zwyczajnego. Czym różni się światło lasera od zwykłego? Zwyczajne światło, które widzimy jako białe, w rzeczywistości jest mieszaniną wielu różnokolorowych promieni o różnych długościach fali. Natomiast światło lasera jest monochromatyczne (jednobarwne), czyli składa się wyłącznie z promieni o jednakowej długości fali i jest widoczne w postaci wiązki o bardzo czystym kolorze.

Fale zwykłego światła rozchodzą się w sposób nieregularny, ich wierzchołki i doliny nie są ze sobą zgodne, natomiast światło lasera jest spójne, czyli składa się wyłącznie z promieni o identycznej długości fali, biegnących w tym samym kierunku i zsynchronizowanych ze sobą.

0x08 graphic
Zwykłe światło rozchodzi się ze źródła w różnych kierunkach. Dlatego średnica plamy światła latarki na ścianie jest tym większa, a jasność tej plamy tym mniejsza, im dalej odsunie się latarkę od ściany. Wiązka światła lasera natomiast nie rozszerza się i pozostaje spójna nawet na bardzo długim dystansie.

W laserach wykorzystuje się dwoisty charakter światła, które zachowuje się i jak fala, i jak cząsteczki. Najmniejsza cząstka światła nosi nazwę fotonu.

Fotony zachowują się trochę jak fale, trochę jak cząstki. Każdy foton niesie pewną ilość energii. W laserze atomy lub cząsteczki oddają część swojej energii w postaci fotonów świetlnych. Ale żeby ją oddać, muszą zostać najpierw wzbudzone, czyli wprowadzone na wyższy poziom energetyczny. W laserze uprzednie doprowadzanie energii odbywa się na przykład przez włączenie prądu elektrycznego. Nazywa się to "pompowaniem" lasera. 

Doprowadzona energia gromadzi się w ośrodku laserującym i zostaje zużyta do wzbudzenia, czyli wprowadzenia na wyższy poziom energetyczny jego atomów. Atomy zawsze mają skłonność do przechodzenia do najniższego poziomu energetycznego, wkrótce więc niektóre z nich oddadzą nadmiar energii przez wysłanie fotonu. Fotony te zderzają się z innymi atomami, pobudzając je z kolei do emisji następnych fotonów, których liczba szybko narasta w lawinowej reakcji. Reakcję tę potęgują lustra na obu końcach rury, odbijając fotony tam i z powrotem, pobudzając coraz więcej 0x08 graphic
atomów do emisji światła.

 Rura lasera zawiera ośrodek laserujący (może to być ciało stałe, gazowe lub ciekłe) i jest z obu stron zamknięta lustrami. W czasie pompowania lasera atomy ośrodka laserującego są wzbudzane i zaczynają oddawać fotony światła. Światło to jest odbijane tam i z powrotem, wskutek czego coraz więcej atomów wysyła fotony, aż wreszcie światło opuszcza rurę przez otwór z jednej jej końca.   

  1. OPIS DOŚWIADCZENIA

Spójna ( koherentna ) wiązka światła przechodząc przez dwie jednakowe szczeliny ulega na nich ugięciu, dając po przejściu przez szczelinę dwie fale spójne interferujące ze sobą. W wyniku interferencji otrzymuje się na ekranie umieszczonym w pewnej odległości za szczelinami jasne i ciemne prążki interferencyjne.

Ćwiczenie, wykorzystuje opisane zjawisko z tą różnicą, że zamiast dwóch znajduje się znacznie więcej jednakowych, równoległych szczelin, których liczba może dochodzić do kilkunastu tysięcy. Tworzą one tak zwaną siatkę dyfrakcyjną.

Fala świetlna po przejściu przez szczeliny interferuje tworząc na ekranie maksima interferencyjne widoczne w postaci prążków ( przede wszystkim I - go rzędu ).

Stałą siatki d ( odległość między środkami każdej pary dwóch sąsiednich szczelin ) obliczamy następująco:

0x01 graphic

0x01 graphic

1-zródło światła

2-siatka dyfrakcyjna

3-ekran

4-prążki światła n rzędu

l-odległość ekranu od siatki

x-odległość prążka n rzędu, od prążka zerowego rzędu

  1. WYPROWADZENIE WZORU ROBOCZEGO

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
- równanie opisujące położenie kolejnych minimów dyfrakcyjnych

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. OBLICZENIA I WYZNACZANIE NIEPEWNOŚCI

Pomiar

Odległość

0x01 graphic

0x01 graphic

rząd

0x01 graphic

Stała siatki

d [nm]

0x01 graphic

0x01 graphic

1

112,5

15,25

15,65

1

15,45

4850,934

-196,305

38535,79

2

102,5

14,4

14,5

1

14,45

4727,954

-73,3258

5376,671

3

102,5

29,5

29,8

2

29,65

4750,32

-95,6917

9156,901

4

92,5

13

13,25

1

13,125

4698,02

-43,3914

1882,811

5

92,5

27

27,4

2

27,2

4679,023

-24,3949

595,1106

6

82,5

12

12,2

1

12,1

4548,142

106,4857

11339,21

7

82,5

24,7

25,2

2

24,95

4559,963

94,66511

8961,483

8

72,5

10,4

10,75

1

10,575

4572,704

81,92434

6711,598

9

72,5

21,75

22

2

21,875

4569,658

84,9701

7219,918

10

62,5

9,2

9,7

1

9,45

4414,693

239,9348

57568,7

11

62,5

18,75

19,2

2

18,975

4543,786

110,8421

12285,98

12

42,5

6,4

6,5

1

6,45

4398,634

255,9937

65532,79

13

42,5

13

13,3

2

13,15

4465,705

188,9235

35692,08

14

32,5

5

5,15

1

5,075

4277,821

376,8068

141983,4

15

32,5

10,4

10,75

2

10,575

4266,09

388,5387

150962,3

16

22,5

3,3

3,5

1

3,4

4417,232

237,3959

56356,83

17

22,5

7,2

7,8

2

7,5

4174,207

480,4217

230805

18

12,5

1,75

1,7

1

1,725

4827,934

-173,306

30034,88

19

12,5

3,7

3,7

2

3,7

4650,718

3,910105

15,28892

20

12,5

5,9

6,25

3

6,075

4529,733

124,8954

15598,85

21

5,7

0,7

0,7

1

0,7

5414,66

-760,032

577648,9

22

5,7

1,5

1,15

2

1,325

5829,893

-1175,27

1381248

23

5,7

2,45

2,6

3

2,525

4888,624

-233,996

54754,04

Długość fali 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. WNIOSKI

- Wyliczona wartość stałej siatki dyfrakcyjnej może odbiegać w znaczny sposób od rzeczywistej wartości, z powodu złego stanu technicznego siatki.

- Wpływ na błąd pomiaru może mieć słaba widoczność maksimów interferencyjnych

- Układ pomiarowy wykorzystany w doświadczeniu może posłużyć nam także do wyznaczenia długości fali nieznanego źródła światła pod warunkiem, że będziemy znali stałą siatki dyfrakcyjnej.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
cw26(teoria), Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka La
RLC(szacowanie)-24, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fiz
cw31(teoria), Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka La
cw21(teoria), Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka La
modu- younga, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka La
predkosc dzwieku, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyk
cw31 - wykres (aproksymacja prosta), Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizy
fiza24, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka Labolato
fala dzwiekowa, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka
wahadlo maxwella, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyk
65 tabele, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka Labol
modu- younga - opracowanie, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - labo
cw43(teoria), Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka La
Wyznaczanie ciep-a topnienia lodu(czewrwony), Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - labo
wsp pow extra, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka L
fiz.43, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka Labolato
teory cw.2b, Studia PWr W-10 MBM, Semestr II, Fizyka, Fizyka - laborki, Fizyka - laborki, Fizyka Lab

więcej podobnych podstron