ĆWICZENIE NR 6

ĆWICZENIE NR 6
Zjawisko dyfrakcji światła lasera półprzewodnikowego
I.
Zagadnienia teoretyczne:
1. Promieniowanie wymuszone, lasery.
2. Kwantowe ujęcie natęŜenia promieniowania.
3. Dyfrakcja światła:
a) skalarna teoria dyfrakcji światła (teoria Kirchoffa),
b) dyfrakcja Fraunhofera i Fresnela,
c) dyfrakcja na otworze prostokątnym, na pojedyńczej szczelinie,
na otworze kołowym, na przesłonach dopełniających
(twierdzenie Babineta) na siatce,
d) metody pomiaru średnicy wiązki światła laserowego,
e) wyprowadzić wzór d = λ D /∆r gdzie:
d – szerokość szczeliny
λ – długość fali świetlnej
D – odległość szczeliny od filmu
∆r- odległość pomiędzy dowolnymi kolejnymi dwoma
prąŜkami
II.
Literatura:
1.F.Kaczmarek – Wstęp do fizyki laserów.
2.W.F.Wyrębski – Lasery – własności, budowa, zastosowania specjalne.
3.F.C.Crowford – Fale.
4.Sz.Szczeniowski – Fizyka doświadczalna.
5.A.Piekara – Nowe oblicze optyki.
6.F.Kaczmarek – II pracownia fizyczna.
III.
Przyrządy:
Laser półprzewodnikowy ( λ = 630 nm), ława optyczna, soczewka, zestaw
przysłon dyfrakcyjnych, „ wędrująca wstęga”, „wędrujące ostrze”, zasilacz
P- 317, miliamperomierz, fotorezystor, aparat fotograficzny.
IV.
Wykonanie ćwiczenia:
1. Ustawić na ławie optycznej laser, soczewkę, przysłonę i aparat
fotograficzny bez obiektywu.
2. Na ekranie ustawionym przed aparatem wstępnie ustalić połoŜenie
przysłony dyfrakcyjnej. Przysłona powinna leŜeć w osi wiązki i być do
niej prostopadła, a wielkość obrazu dyfrakcyjnego nie moŜe przekraczać
wielkości klatki filmu.
3. Sfotografować obrazy dyfrakcyjne otrzymane za pomocą
poszczególnych przesłon. Zmierzyć odległość przesłony od filmu.
4. Otrzymane negatywy poddać obróbce fotograficznej.
5. Umieścić wstęgę w uchwycie mikrometrycznym.
6. Przesuwając za pomocą śruby mikrometrycznej wstęgę wyznaczyć
względną zmianę natęŜenia wiązki lasera (poprzez pomiar prądu
fotooporu, napięcie zasilające fotoopór U = 0,2 V).
7. Przesuwając ostrze za pomocą śruby mikrometrycznej wyznaczyć
względną zmianę natęŜenia wiązki lasera.
V. Opracowanie wyników :
Sprawdzić w oparciu o uzyskane widmo dyfrakcyjne i kryterium teoretyczne,
rodzaj dyfrakcji ( czy jest to dyfrakcja Fresnela, czy Freunhofera ).
1. Wykorzystując powiększalnik fotograficzny ustawić odpowiednie
powiększenie i zmierzyć rzeczywiste wartości ∆r pomiędzy dowolnymi
kolejnymi dwoma prąŜkami.
2. Na podstawie otrzymanych wyników obliczyć:
a) długość boków dla otworu prostokątnego,
b) dla otworu kołowego obliczyć jego promień,
c) dla przesłony siatkowej wyznaczyć rozmiary „oczek” siatki,
d) dla szczeliny wyznaczyć jej szerokość,
e) dla przesłony z drutu wyznaczyć jego promień
3. Na podstawie wykresów z punktu 6 i 7 wyznaczyć szerokość wiązek
i porównać je.
4. Przeprowadzić dyskusję otrzymanych wyników oraz ocenić wielkość
błędu.