Упражнение 2. Определение радиуса когерентности светового поля.

Целью этого упражнения является проверка соотношения (9) и определение радиуса когерентности.

Если между источником света (ярким пятном на матовой пластинке) и экраном поместить двойную щель, то на экране будет наблюдаться интерференционная картина от этих щелей при условии, что расстояние между ними не превышает радиуса когерентности. Перемещая щель вдоль оптической скамьи (т.е. меняя угол q, см. рис.5), можно найти такое положение, при котором интерференционная картина исчезает. Это будет означать, что расстояние между щелями превысило радиус когерентности. Можно считать, что расстояние между щелями, при котором еще наблюдается интерференционная картина, соответствует радиусу когерентности.

1. Если зафиксировать расстояние между щелями и изменять размер источника (светящегося пятна на МС), то в соответствии с соотношением (9) должно изменяться расстояние от МС до двойной щели, при котором на экране исчезает интерференционная картина.

2. Между лазером и МС установить короткофокусную линзу (с фокусным расстоянием 6-8 см) и щель, с помощью которой можно будет изменять горизонтальный размер светящегося пятна на матовой пластинке. Рекомендуемые расстояния между оптическими элементами следующие: лазер-линза - 5-6 см, линза-щель - 17-20 см.

3. Открыть щель до 1.5 мм. Привести во вращение МС, включив тумблером питание электродвигателя.

4. Установить между МС и экраном двойную щель на расстоянии ~40 см от МС. Установить ширину двойной щели не более 0.3 мм. На экране должна появиться дифракционная картина от двух щелей: характерное чередование максимумов и минимумов.

5. Перемещая двойную щель вдоль оптической скамьи, найти положение, при котором дифракционная картина пропадает (моментом ее исчезновения считается исчезновение дифракционных минимумов по обе стороны от центрального максимума). Измерить расстояние L от МС до двойной щели. Размер источника D считать равным ширине щели, находящейся перед МС.

6. Уменьшая размер D светящегося пятна на МС с помощью первой щели с шагом 0.2 мм, определить несколько значений L по п.п. 4-5.

7. Построить график зависимости L от D. В соответствии с (9):

,

следовательно, по полученному графику можно определить радиус когерентности d_c. Длина волны излучения Не-Ne лазера l=632.8 нм.

Контрольные вопросы:

1. Интерференция монохроматического света. Расчет интерференционной картины при двухлучевой интерференции (оптический путь, оптическая разность хода, условия образования максимумов и минимумов, ширина интерференционной полосы).

2. Когерентные источники, способы их получения (метод деления амплитуды и метод деления волнового фронта).

3. Влияние размеров источников на видность интерференционной картины. Пространственная когерентность. Радиус когерентности.

4. Сформулируйте цель работы, опишите экспериментальную часть и обсудите результаты.

Дополнительная литература:

Демтредер В. Лазерная спектроскопия - М:, Наука, 1985.

Вест Ч. Голографическая интерферометрия - М:, Мир, 1982.