P5.3.1 Dyfrakcja – Leybold

Zapytaj o produkt +
Kategoria: Tagi: , , , , ,

Opis

 

P5.3.1.1 Dyfrakcja w szczelinie, na podstawie oraz kołowej przesłonie irysowej.

P5.3.1.2 Dyfrakcja w podwójnej szczelinie oraz wielu szczelinach.

P5.3.1.3 Dyfrakcja w jedno lub dwuwymiarowej siatce.

P5.3.1.4 Dyfrakcja w pojedynczej szczelinie. Rejestracja i analiza za pomocą CASSY

P5.3.1.5 Dyfrakcja w podwójnej i wielokrotnej szczelinie. Rejestracja oraz analiza za pomocą CASSY

P5.3.1.6 Dyfrakcja w pojedynczej szczelinie. Rejestracja i analiza za pomocą kamery VideoCom

P5.3.1.7 Dyfrakcja w podwójnej i wielokrotnej szczelinie.  Rejestracja i analiza za pomocą kamery VideoCom

P5.3.1.8 Dyfrakcja w półpłaszczyźnie. Rejestracja i analiza za pomocą kamery VideoCom

P5.3.1.9 Badanie spójności przestrzennej rozszerzonego źródła światła
 

Doświadczenie P5.3.1.1 bada natężenie minimów dyfrakcji na szczelinie.

Ich kąty jk w odniesieniu do osi optycznej dla szczeliny o szerokości b są dane zależnością
 

         ë

           ( k = 1; 2; 3;K)

         

l: długość fali światła
 

sin ?k = k ⋅
 

Zgodnie z twierdzeniem Babinet’a, dyfrakcja na słupie produkuje podobne wyniki. W przypadku dyfrakcji na kołowej przesłonie irysowej o promieniu r, mogą być zaobserwowane koncentryczne pierścienie dyfrakcyjne; natężenia ich minimów mogą być zlokalizowane pod kątami jk za pomocą zależności

 

Doświadczenie P5.3.1.2 bada dyfrakcję na podwójnej szczelinie. Interferencja konstruktywna fali wtórnej z pierwszej szczeliny z falą wtórną z drugiej szczelny produkuje maksima;

przy danej odległości d pomiędzy środkami szczelin, kąty jn tych maksimów są określone przez
 

sin ?n = n ⋅ë

                  d
 

( n = 0; 1;2;?)
 

Natężenia różnych maksimów nie są stałe jako, że efekt dyfrakcji na pojedynczej szczelinie jest superpozycją dyfrakcji na podwójnej szczelinie. W przypadku dyfrakcji na więcej niż dwóch szczelinach o równych odstępach d, położenia maksimów interferencji pozostaje taka sama. Pomiędzy dowolnymi dwoma maksimami, możemy także wykryć N-2 wtórnych maksimów; ich natężenie maleje dla stałej szerokości b i zwiększającej się liczby szczelin N.
 

Doświadczenie P5.3.1.3 bada dyfrakcję na liniowej siatce dyfrakcyjnej i krzyżowej siatce dyfrakcyjnej. Krzyżowa siatka dyfrakcyjna składa się z dwóch linii dyfrakcyjnych ustawionych pod kątem prostym do siebie. Maksima dyfrakcji są punktami w “węzłach” wzoru prostego, prostokątnej macierzy.

 

Fotoelement z wąskim otworem światła jest używany do pomiaru natężeń dyfrakcji; czujnik ten może być przemieszczany prostopadle do osi optycznej na ławie optycznej i jego położenie poprzeczne może być zmierzone za pomocą przetwornika przemieszczenia. Zmierzone wartości są rejestrowane i analizowane za pomocą oprogramowania CASSY Lab.

Doświadczenie P5.3.1.4 bada dyfrakcję na szczelnie o zmiennej szerokości. Zarejestrowane wartości pomiaru dla natężenia I są porównywane z wynikami modelu obliczeniowego dla małych kątów dyfrakcji j wykorzystującego szerokość szczeliny b jako parametr:
 

   

l: długość fali światła
 

s: poprzeczne przemieszczenie fotoelementu

L: odległość pomiędzy obiektem i fotoelementem
 

Doświadczenie P5.3.1.5 bada dyfrakcję na szczelinach wielokrotnych. W modelu obliczeniowym wykonanym do celów porównawczych, szerokość szczeliny b i odstęp d są używane jako parametry.
 

N: liczba oświetlonych szczelin

 

 

Dyfrakcja na pojedynczej szczelnie P5.3.1.6 lub szczelinach wielokrotnych P5.3.1.7 może być także zmierzona jako jednowymiarowa dystrybucja przestrzenna natężenia za pomocą jednoliniowej CCD kamery VideoCom (tutaj użytej bez obiektywu kamery).Oprogramowanie VideoCom umożliwia szybkie, bezpośrednie porównanie zmierzonej dystrybucji natężenia z modelem obliczeniowym, w którym długość fali l, ogniskowa f soczewki obrazującej, szerokość szczeliny b i odstęp pomiędzy szczelinami d są użyte jako parametry. Parametry te zgadzają się z wartościami doświadczalnymi.

Możliwe jest także zbadanie dyfrakcji na półpłaszczyźnie P5.3.1.8.

Dzięki kamerze CCD o wysokiej rozdzielczości z łatwością można śledzić dystrybucję natężenia ponad 20 maksimów i minimów oraz porównać je z wynikami modelu obliczeniowego. Model obliczeniowy oparty jest na sformułowaniu przez Kirchhoff’a zasady Huygens’a.
 

Natężenie I w punkcie x w płaszczyźnie obserwacji jest obliczane z amplitudy natężenia pola elektrycznego E w tym punkcie za pomocą wzoru

 

Natężenie pola jest otrzymywane przez dodawanie w fazie wszystkich wtórnych fal powstających w różnych punktach x’ w płaszczyźnie dyfrakcji, z granicy półpłaszczyzny x’ = 0 to x’ = ∞:
 

E ( x ) : ∫ exp ( i ⋅ ? ( x, x ' ) ) ⋅0 ∞
 

Tutaj,
 

              2ð ( x − x ' )

? ( x, x ' ) =⋅

              
 

2
 

W przesunięciu fazowym wtórna fala podróżująca z punktu x’ w płaszczyźnie dyfrakcji do punktu x w płaszczyźnie obserwacji w funkcji fali bezpośredniej. Parametrami w modelu obliczeniowym jest długość fali l oraz odległość L pomiędzy płaszczyzną dyfrakcji i obserwacji. Tutaj także, zgodność z wartościami otrzymanymi w doświadczeniu jest bliska.

 

Koherencja jest własnością fal umożliwiającą im wykazywanie stacjonarnych obrazów interferencji. Koherencja przestrzenna źródła światła może być zbadana w interferometrze
 

Young’a z podwójną szczeliną. Źródło światła oświetla podwójną szczelinę o szerokości szczeliny b i odległości g. Jeśli wiązki częściowe emitowane przez źródło światła są koherentne w położeniu dwóch szczelin, obraz interferencyjny może być obserwowany za podwójną szczeliną. Warunkiem koherentnego oświetlania dwóch szczelin jest 

 

Doświadczenie P5.3.1.9 bada warunki koherencji przestrzennej. Źródłem światła jest pojedyncza szczelina o zmiennej szerokości oświetlana przez lampę spektralną Hg. W połączeniu z filtrem daje to w wyniku monochromatyczne źródło światła o zmiennej szerokości

a. W odległości L oświetlane są podwójne szczeliny
 

o różnych odległościach szczelin g (i stałej szerokości szczeliny b). Dla każdej odległości g szerokość a regulowanej pojedynczej szczeliny jest wyznaczana gdzie obraz interferencyjny za podwójną szczeliną zanika. Następnie, warunek koherencji nie jest już spełniony.
 
 

 

Marka

Leybold

Firma produkuje zestawy edukacyjne do kształcenia akademickiego oraz szkolenia zawodowego z zakresu fizyki, chemii, biologii oraz elektroniki, elektrotechniki, automatyki, telekomunikacji, maszyn elektrycznych, odnawialnych źródeł energii i fotoniki, jest częścią grupy LD Didactic.

Podobne produkty