Tải bản đầy đủ

Bài 2 khảo sát hiện tượng nhiễu xạ qua cách tử

BÀI 2
Kh¶o s¸t sù nhiÔu x¹ cña chïm laser qua c¸ch tö ph¼ng
XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG CỦA LASER


Dụng cụ :
1. Nguồn phát tia laser;
2. Cách tử nhiễu xạ phẳng ;
3. Cảm biến photodiode silicon ;
4. Bộ khuếch đại và chỉ thị cờng độ vạch nhiễu xạ;
5. Thớc trắc vi (Panme), chính xác 0,01mm ;
6. Hệ thống giá đỡ thí nghiệm.

I. Cơ sở lý thuyết
Tập hợp một số lớn khe hẹp giống nhau nằm song song và cách đều nhau
trên cùng một mặt phẳng gọi là cách tử phẳng. Khoảng cách d giữa hai khe
hẹp kế tiếp nhau gọi là chu kỳ của cách tử.
Chiếu chùm sáng song song đơn sắc kết hợp có bứơc sóng vuông góc
với mặt cách tử phẳng gồm N khe hẹp. Mỗi khe hẹp có độ rộng bằng b và
chu kỳ của cách tử bằng d . Khi đó sẽ đồng thời xảy ra hiện tợng nhiễu xạ ánh
sáng gây ra bởi mỗi khe hẹp và hiện tợng giao thoa của các chùm tia nhiễu xạ

từ N khe hẹp truyền tới mặt tiêu của thấu kính L. Vì vậy ảnh nhiễu xạ trên
màn ảnh E trong trờng hợp này trở nên phức tạp hơn so với một khe .
Trớc tiên ta nhận thấy tại những điểm ứng với các góc nhiễu xạ thoả mãn
điều kiện :
sin k / b với k = 1, 2,.....
thì mọi khe hẹp của cách tử phẳng đều cho cực tiểu nhiễu xạ: các cực tiểu
nhiễu xạ này đợc gọi là cực tiểu chính.
Bây giờ ta xét sự giao thoa của các chùm tia nhiễu xạ từ N khe hẹp truyền
tới những vị trí nằm trong khoảng giữa các cực tiểu chính. Nhận xét thấy
hiệu quang lộ giữa các cặp tia nhiễu xạ tơng ứng từ hai khe kế tiếp truyền
tới điểm M trên mặt tiêu F của thấu kính hội tụ L bằng:
L2 L1 d. sin

Từ đó suy ra những tia nhiễu xạ có góc lệch thoả mãn điều kiện :
d .sin k . với k 0,1, 2,3....
hay

sin k / d

sẽ gây ra tại điểm M các dao động sáng cùng pha và chúng tăng cờng lẫn
nhau. Khi đó, M sẽ là điểm sáng và gọi là cực đại chính bậc k. Dễ dàng
nhận thấy cực đại chính trung tâm ứng với k = 0 và sin = 0 nằm tại tiêu


điểm F của thấu kính L. Hơn nữa, do d > b nên giữa hai cực tiểu chính sẽ có
một số cực đại chính.
I
Ngời ta cũng chứng minh đợc rằng giữa hai cực đại chính kế tiếp, còn có
I0
một số cực đại phụ ngăn cách bởi các cực tiểu phụ., nu
cỏch t cú N khe hp thỡ gia hai cc i chớnh cú N-2 cc i ph v
sin





b

d

0





d

b

N = 2 , d = 3b

N-1 cc tiu ph.
Trong thí nghiệm này, ta sẽ nghiên cứu hiện tợng nhiễu xạ của chùm laser
chiếu qua một cách tử phẳng, khảo sát sự phân bố cờng độ sáng trên ảnh
nhiễu xạ của nó, từ đó xác định bớc sóng của laser.
II. Trình tự thí nghiệm
1. Cắm phích lấy điện của Milivon kế điện tử MV vào ổ điện ~220V. Đặt
núm chọn thang đo của MV ở vị trí 1,5mV hoc 15mV và vặn núm biến trở Rf
của nó về vị trí tận cùng bên trái. Bấm khoá K trên mặt MV, chờ khoảng 3 phút
để bộ khuếch đại ổn định. Tiến hành điều chỉnh số 0 cho Milivon kế
điện tử MV bằng cách: che sáng hoàn toàn khe hở của cảm biến quang điện
QĐ, vặn từ từ núm biến trở "qui 0" (lắp ngay dới đồng hồ chỉ thị) để kim
đồng hồ MV chỉ đúng số 0.
2. Để điều chỉnh độ nhạy thích hợp cho Milivon kế điện tử MV, ta vặn từ
từ cán của panme P sao cho cực đại sáng giữa (có cờng độ sáng lớn nhất) của
ảnh nhiễu xạ lọt vào đúng giữa khe hở của cảm biến quang điện QĐ. Khi đó
kim của Milivon kế điện tử MV lệch mạnh nhất. Vặn núm xoay của biến trở
Rf sao cho kim của Milivon kế điện tử MV t giỏ tr ln nht.
* Khảo sát sự phân bố cờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser :
Vì cờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser tỷ lệ với cờng độ I của dòng
quang điện trên milivon kế, nên ta có thể khảo sát sự phân bố cờng độ
sáng trong ảnh nhiễu xạ laser trên màn E bằng cách khảo sát sự biến thiên c-

3


ờng độ I của dòng quang điện phụ thuộc vào vị trí x của các cực đại chính
trong ảnh nhiễu xạ.
Muốn vậy, ta vặn từ từ panme P để dịch chuyển khe hở của cảm biến
quang điện QĐ để vẽ đợc đồ thị phân bố cờng độ sáng của ảnh nhiễu xạ
ứng với các cực đại chính nằm gia hai cực tiểu chính bậc nhất. Mỗi lần chỉ
dịch chuyển một khoảng nhỏ bằng 0,1mm ứng với 10 vạch trên panme.
Khởi động chơng trình máy tính: Trong thanh Start chọn Program
và chọn Cassy Lab, nhấp đúp chuột vào UA1
Trong cửa sổ input setting chọn Averagd Valuse, left.
Trong cửa sổ Measing parametes chọn Manual.
Cài đặt các trục tọa độ, ở đây hoành độ biểu thị tọa độ của các
vạch nhiễu xạ, tung độ biểu thị cờng độ sáng.
Muốn
cài đặt trục tọa độ thì trong của sổ setting chọn
parameter Formula FFT
* Khai báo cờng độ sáng:
Chọn new quantity
Trong hộp select quantity điền vào tên đại lợng mới cờng độ sáng
Chọn formula điền công thức chỉ mối liên hệ đại lợng mới với các đại lợng
cũ:
UA1/0.45*150
Trong symbol I: Unit: Cd
From: 0 To: 150
*Khai báo tọa độ vạch
Chọn new quantity
Trong hộp select quantity điền vào tên đại lợng mới tọa dộ vạch
Chọn formula điền công thức chỉ mối liên hệ đại lợng mới với các đại lợng
cũ:
(n-1)*0.1
Trong symbol x: Unit: mm
From: 0 To: 30
*Chọn hiển thị đồ thị I - x
Trong setting chọn display
Chọn new display
Trong hộp select display ghi tên đồ thị I x
Trong X Axis chọn x và Y Axis chọn I
Sau đó bấm F9 để bắt đầu đo, với mỗi lần dịch chuyển hệ vân nhiễu xạ
10 vạch thì lại bấm F9, chú ý mỗi lần phải dịch chuyển hệ vân thật chính
xác 10 vạch thì phép đo mới chính xác.
Để đọc các giá trị toạ độ đặt chuột vào vị trí cần xác định và nhấp phải
chuột, trên màn hình hiện ra một menu động cho ta các công cụ có sẵn,
để vẽ các đờng thẳng nằm ngang hay thẳng đứng đi qua vị trí cần xác
định bằng cách nhấp phải chuột và chọn set Marker, vertical line,
hoặc horizontal line. Sau đó chọn set marker , text để hiển thị
các giá trị lên màn hình.

4


Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng:
- Khoảng cách L từ màn ảnh E (mặt cảm biến quang điện QĐ ) đến mặt
khe hẹp.
- Khoảng cách a từ đỉnh cực đại trung tâm đến đỉnh cực đại bậc nhất.
Gọi là góc nhiễu xạ ứng với cực đại chính bậc nhất :
a
a.d
sin tg
L d
L
III. Cõu hi kim tra
1. nh ngha hin tng nhiu x ỏnh sỏng. Hin tng nhiu x chng t bn cht gỡ ca ỏnh
sỏng? Ti sao?
2. nh ngha cỏch t. Vit cụng thc cho cỏch t. Phõn bit nh nhiu x qua l trũn, qua 1 khe
v qua cỏch t. iu kin cc i chớnh v cc tiu chớnh. S lng cc i chớnh gia 2 cc tiu
chớnh bc 1. S lng cc i ph v cc tiu ph.
3. Nguyờn lý o cng sỏng trong bi thớ nghim? Chng minh cụng thc tớnh bc súng ỏnh
sỏng trong bi thớ nghim ny.

5


Báo cáo thí nghiệm
Khảo sát sự nhiễu xạ của chùm tia laser qua cách tử phẳng
Xác định bớc sóng của tia laser
Xác nhận của
thày giáo
Trờng
Lớp ...................Tổ .....................
Họ tên .........................................

I. Mục đích thí nghiệm
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
......................................................................................................

II. Kết quả thí nghim
Chu k cỏch t: d =
Khong cỏch t cỏch t n mn quan sỏt: L =
chớnh xỏc ca thc:
Ln o

a



a.d
L

Ln 1
Ln 2
Ln 3
Trung bỡnh
Sai s :

LT TN
LT

.100%

6


7



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×