Интерференция света на плоскопараллельной пластине. Цель работы: изучение явления интерференции света; определение показателя преломления стекла с помощью полос равного наклона.

Выполнить лабораторную работу:

Интерференция света на плоскопараллельной пластине.

Цель работы: изучение явления интерференции света; определение показателя преломления стекла с помощью полос равного наклона.

Методика эксперимента

В данной работе исследуется интерференция при отражении лазерного света от плоскопараллельной стеклянной пластины. Проведя соответствующие измерения, можно определить показатель преломления стекла.

Рис. 2

Принципиальная оптическая схема установки показана на рис. 2. Параллельный пучок света от лазера 1 проходит через линзу 2, задний фокус О которой расположен в плоскости экрана 3. Выйдя из отверстия в экране, расходящийся пучок света падает на стеклянную пластину 4. При этом часть света отражается от передней, а часть – от задней поверхностей пластины. 

Таким образом, осуществляется разделение исходного лазерного пучка на две когерентные волны. Встречаясь на экране, эти волны интерферируют между собой, и в результате образуется система концентрических светлых и темных колец с общим центром в точке О. Такая картина носит название полос равного наклона, так как в пределах каждого кольца условие интерференции реализуется для какого-то одного значения угла α падения света на пластину.

В лаборатории имеются две экспериментальные установки: одна с газовым (гелий-неоновым) лазером, другая с полупроводниковым лазером. Схема установки с газовым лазером показана на рис. 3, с полупроводниковым лазером – на рис. 4. На обеих схемах изображены: лазер 1, линза 2, экран 3 и плоскопараллельная пластина 4. На установке с полупроводниковым лазером, кроме того, предусмотрен защитный экран 5. 

Несмотря на то, что установки отличаются конструктивно, методика эксперимента для них одинакова.

Рис. 3

Рис. 4

Порядок выполнения работы

Вариант установки (с газовым или полупроводниковым лазером) задается преподавателем или индивидуальным заданием. Лазер включает и выключает только преподаватель или лаборант.

1. Установите стеклянную пластину 4 на заданном (преподавателем или индивидуальным заданием) расстоянии  l от экрана 3. Линейкой измерьте толщину d стеклянной пластины 4. Значения  l и  d запишите в тетрадь.

2. С помощью преподавателя или лаборанта добейтесь появления на экране системы темных и светлых интерференционных колец.

3. Закрепите на экране 3 лист бумаги с вырезанным в нем отверстием для прохождения света. Отметьте на листе положения первых 5-10 тёмных колец. Для этого карандашом нанесите метки по вертикальному и горизонтальному направлениям по одну и другую сторону от центра картины.

4. Снимите бумагу и линейкой по нарисованным меткам измерьте диаметры темных колец по вертикальному (D₁) и горизонтальному (D₂) направлениям. Результаты измерений под соответствующими номерами m колец занесите в табл. 1. 

5. Для каждого порядка интерференции m сначала вычислите средний диаметр кольца затем радиус кольца   и его квадрат Результаты вычислений занесите в табл. 1.

Таблица 1

6.     Постройте график зависимости величины от номера m кольца, откладывая   по вертикальной оси, m – по горизонтальной оси. По характеру расположения экспериментальных точек определите, группируются ли они около прямой линии. Если да, то проведите по линейке прямую линию, стараясь, чтобы она проходила как можно ближе к каждой из экспериментальных точек. (Проведенная прямая линия может не проходить через все экспериментальные точки).

7. Для нахождения углового коэффициента k полученной прямой определите значения для двух точек, лежащих на проведенной прямой, которые соответствуют первому и последнему кольцам с номерами m₁ и m₂. Рассчитайте угловой коэффициент.

8.   Рассчитайте показатель преломления n стекла. 

Длина волны излучения газового лазера λ = 0,6328 мкм, полупроводникового лазера λ = 0,670 мкм. 

9. Рассчитайте погрешность ∆n определения показателя преломления.

10. Найденное значение показателя преломления стеклянной пластины запишите в виде доверительного интервала n + ∆n.

11. В заключении по работе:

-         Приведите полученный доверительный интервал n + ∆n.

-         Укажите, измерение какой из величин вносит основной вклад в погрешность величины n.

Сравните полученный результат с табличным значением показателя преломления стекла.