Методические указания к лабораторным работам по курсу «Основы оптики» icon

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Основы оптики»


Смотрите также:
Методические указания к лабораторным работам По дисциплине...
Методические указания к лабораторным работам По дисциплине...
Методические указания к лабораторным работам по курсу "Базы данных" Москва...
Методические указания к лабораторным работам санкт-петербург...
Методические указания по лабораторным работам Факультет: электроэнергетический...
Методические указания к лабораторным работам «спектральный анализ»...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электротехника и электроника» для...
Методические указания к лабораторным работам для студентов машиностроительных специальностей...
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу "химия"...
Методические указания к лабораторным работам Чебоксары 2006...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Программирование на языках высокого...
Методические указания к лабораторной работе по курсу "Базы данных"...



страницы: 1   2   3   4   5
вернуться в начало
^

ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ




ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ


1. Назначение и типы спектральных приборов [11].


Спектральные приборы предназначены для выделения излучения в узких спектральных интервалах в пределах заданной области спектра. Наиболее распространены спектральные приборы с пространственным разделением длин волн. Такие приборы называют классическими, а используемый метод разделения излучения по длинам волн - методом селективной фильтрации.

В приборах данного типа обязательным является диспергирующий элемент, пространственно разделяющий за счёт отклонения на разные углы падающее на него излучение по длинам волн. Работа диспергирующего элемента может основываться на различных физических принципах. В призменных спектральных приборах используется зависимость показателя преломления оптического материала от длины волны (дисперсия). Дисперсионным элементом дифракционных спектральных приборов служит дифракционная решётка. В интерферометрах, как правило, используется многолучевая интерференция при очень больших разностях хода. Современные типы спектральных приборов основаны на селективной частотной и амплитудной модуляции исследуемого излучения, возникающей при изменении разности хода интерферирующих пучков.

Прибор, входным отверстием которого является щель, называется щелевым. Принципиальная схема, иллюстрирующая принцип действия щелевого спектрального прибора, показана на рис.1.




Рис. 1. Схема щелевого спектрального прибора.


Диспергирующий элемент (призма, решетка, интерферометр Фабри-Перо и т.д.) располагается в параллельном пучке лучей, создаваемом коллиматором (совокупностью входного отверстия 1 и объектива 2). Спектр наблюдается в фокальной плоскости 5 камерного объектива 4. В приборах, у которых диспергирующий элемент не имеет осевой симметрии (призма, решетка) разложение излучения в спектр происходит только в одном направлении. Спектр получается в виде монохроматических изображений входной щели - спектральных линий. Эти изображения увеличены в f2 /f1 раз, где f2 и f1 - фокусные расстояния камерного и коллиматорного объективов.

^ Классические спектральные приборы можно разделить на следующие классы:

а) Спектроскопы - простейшие спектральные приборы для визуального наблюдения спектра, имеющие на выходе окуляр.

б) Спектрографы - приборы, предназначенные для фотографирования спектра. Они имеют в фокальной плоскости кассету для фотопластинки или фотопленки. В спектрографах совокупность линзы 4 и фокальной плоскости 5 называют камерой прибора.

в) Монохроматоры служат для выделения излучения в пределах заданного спектрального интервала. В монохроматорах всегда предусмотрена возможность сканирования спектра, например, путем перемещения его относительно неподвижной выходной щели. Если монохроматор имеет несколько выходных щелей, его называют полихроматором.

г) ^ Спектрометры и спектрофотометры предназначены для измерения длин волн или частот спектральных линий. Спектрометры с полихроматорами называют квантометрами. Эти приборы имеют приемники излучения за каждой из выходных щелей и позволяют производить количественный анализ сложных веществ.

По числу одновременно регистрируемых спектральных интервалов спектральные приборы подразделяются на многоканальные и одноканальные.

Существуют также спектральные приборы, в которых разложение излучения в спектр с оптического элемента переложено на электронную схему. В основе действия таких приборов лежит селективная модуляция излучения, а сами приборы называются модуляционными.

Выбор типа спектрального прибора определяется конкретными условиями эксперимента. В настоящих лабораторных работах используются монохроматор, диспергирующим элементом которого является система призм и спектроскоп на основе вогнутой дифракционной решетки.


2. Характеристики спектральных приборов [3, 9, 11].


Каждый спектральный прибор характеризуется присущей ему аппаратной функцией. Аппаратная функция (спектральное окно, инструментальный контур) - это спектр, записываемый прибором при наблюдении монохроматического излучения единичной мощности.

Аппаратная функция a(l) нормирована по площади:

. (1)

Если истинное распределение энергии в спектре F(l), то значение наблюдаемого распределения определяется свёрткой:

. (2)

С понятием аппаратной функции связана разрешающая способность прибора

, (3)

характеризующая возможность раздельной регистрации соседних спектральных интервалов  вблизи длины волны .

Считают, что две спектральные линии разрешены, если расстояние между ними равно ширине аппаратной функции на половине высоты ее контура. Это утверждение называют критерием разрешения. Рэлей ввёл критерий разрешения дифракционных изображений, который в применении к спектральным приборам звучит так: две спектральные линии являются разрешенными (раздельно наблюдаемыми), если главный максимум дифракционной картины одной из линий попадает не ближе, чем на первый минимум дифракционной картины второй линии. В предельном случае при равной интенсивности в максимумах обеих дифракционных картин ордината точки пересечения контуров примерно равна 0,4 от максимальной. Снижение интенсивности на 20%, образующегося между линиями при наложении их контуров, достаточно для визуального раздельного наблюдения этих линий. При рассмотрении разрешения спектральных линий по критерию Рэлея входная щель считается бесконечно узкой. Современная регистрирующая аппаратура и методики обеспечивают раздельное наблюдение и более близких спектральных линий со значительно меньшим провалом интенсивности между ними (5% и менее). Таким образом, критерий Рэлея является условной, но удобной мерой разрешения спектральных линий.

Спектральный прибор характеризуют также угловой дисперсией d/d - зависимостью угла отклонения лучей диспергирующим элементом от длины волны и линейной дисперсией:

dl/d= (f2 d/d)/sin, (4)

где l - координата в спектре, - угол между плоскостью спектра и осью камеры спектрального прибора. Значительно чаще используется понятие обратной линейной дисперсии - d/dl (величина спектрального интервала умещающегося на длине спектра, равной 1мм). Обратная линейная дисперсия имеет размерность [нм/мм]. Дисперсия спектральных приборов имеет различное значение в разных участках спектра.

Интервал длин волн сп, занимаемый монохроматической спектральной линией на фокальной плоскости, называют спектральной шириной щели. Обычно спектральная ширина щели определяется дифракционным уширением линии дифр и шириной геометрического изображения щели щ (в единицах длин волн)

(5)

Величина щ в случае спектроскопа равна ширине изображения щели s'.

, (6)

где d/dl - обратная линейная дисперсия.

При заданных углах падения и дифракции условие главных максимумов выполняется для многих длин волн, лишь бы произведение порядка спектра на длину волны сохранялось неизменным. Степень наложения спектров характеризуют величиной свободной спектральной области, или областью дисперсии . Величина представляет собой участок спектра в порядке q c одной и с другой стороны от рабочей длины волны , в пределах которой можно не ждать появления спектров соседних порядков q-1 и q+1.

Из условия максимумов для решетки, приравнивая q =1, получим:

=/q (7)


Ширина дифракционного изображения монохроматической линии обусловлена дифракцией на щели прибора. В видимой и УФ областях спектра ширина дифракционного изображения обычно много меньше, чем геометрическая ширина щели. Тогда сп = s/(f1 d/d) совпадает с шириной щелевой аппаратной функции.

Для определения ширины входной щели не искажающей существенно дифракционную аппаратную функцию вводят понятие нормальной ширины щели - это такая величина входной щели, при которой ее геометрическое изображение равно ширине главного дифракционного максимума. Чтобы найти нормальную ширину щели приравняем расстояние от центра дифракционной картины до ее первого нуля: l = f2 /D к величине геометрического изображения s1 = s f2/f1 ).Тогда нормальная ширина щели:

Sн = f1 /D. (8)

Ширина изображения щели не может быть меньше дифракционного предела. Поэтому для получения тонких линий бесполезно использовать входную щель меньше нормальной.


Лабораторная работа


^ СПЕКТРОСКОП НА ОСНОВЕ ВОГНУТОЙ

ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ


ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение принципа действия и основных характеристик спектральных приборов на примере спектроскопа на основе вогнутой дифракционной решетки.


ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: ртутная лампа, конденсор, вогнутая дифракционная решетка, экран, линейка, оптическая скамья.


1. Вогнутая дифракционная решетка [16, 11].


Принцип действия вогнутой дифракционной решётки подробно рассмотрен в лабораторной работе «Дифракция Фраунгофера». Ниже будет рассмотрена дифракционная решётка именно как спектральный прибор.

Преимущество вогнутой дифракционной решетки заключается в том, что в ней удается совместить функции диспергирующего элемента и объектива, что позволяет использовать ее даже в далекой УФ области спектра, где применение стеклянной оптики невозможно.

При описании фокусирующего действия сферической решётки используют понятие меридиальной (проходящей через центры штрихов и центр кривизны решётки) и сагиттальной (перпендикулярной меридиальной) плоскостей. Фокусирующее действие сферической вогнутой решетки проиллюстрировано на рис.2.

Радиус кривизны решётки связан с углами падения и дифракции лучей и расстояниями f1 и f2 следующими соотношениями:


для меридианального сечения:; (9)

для сагиттального сечения: (10)



Рис. 2. Фокусирующее действие вогнутой сферической решетки в меридианальном (—–) и сагиттальном (– –) сечениях; радиус кривизны решетки; f1 и f2 – расстояния от центра решётки до щели и спектра;  и  – углы падения и дифракции.





Рис.3. Круг Роуланда.
Если задать , то для положения спектра получим . В этом случае входная щель и спектр расположены на круге с диаметром, равным радиусу кривизны сферической поверхности. Этот круг называют кругом Роуланда (см.рис.3). Для вогнутой решетки справедливо условие главных максимумов (период решетки d отсчитывается по хорде):

(11)

^ Основными характеристиками вогнутой решётки являются: угловая и линейная дисперсия, разрешающая способность.

Угловая дисперсия – величина, показывающая, как меняется угол отклонения лучей при изменении длин волн. Продифференцировав выражение (11), получим соотношение для угловой дисперсии решетки:

(12)

Найдем линейную дисперсию вогнутой решётки. Будем отсчитывать координату l по дуге окружности круга Роуланда от центра решетки (рис.3). Т.к. угол дифракции вписан в окружность диаметра , то  = /2 - l/, а линейная дисперсия:

(13)

^ Разрешающая способность вогнутой решетки, как и плоской, определяется как отношение средней длины волны излучения к минимальной разнице длин волн, которую можно разрешить с помощью решетки и равно произведению максимального порядка спектра q на число рабочих штрихов N решетки:

R = q N (14)

Как и большинству элементов, изготовленных на основе сферических поверхностей, вогнутой решетке присущи искажения изображения - аберрации, наибольшее влияние из которых оказывает - астигматизм, который проявляется в различном фокусирующем действии решетки в меридианальной и сагиттальной плоскостях.

Астигматическое действие сферической дифракционной решетки определяется выражением, задающим удаление (f2 + ) сагиттального фокуса от вершины решетки. При этом точка входной щели в спектре изображается вертикальным отрезком H, расположенным на круге Роуланда:

, (15)

где Lш - рабочая высота штриха. Расстояние между горизонтальным и вертикальным фокальными отрезками, равное:

, (16)

называется астигматической разностью. В идеальном случае отсутствия астигматизма  = 0.


2. Описание установки.



Лабораторная установка (рис.4) состоит из ртутной лампы (1) с блоком питания, собирающей линзы (2) с фокусным расстоянием 13 см, вогнутой дифракционной решётки (3) и экрана (4). Все элементы установлены на оптической скамье.



Рис.4. Схема лабораторной установки.


3. Порядок выполнения работы.


3.1. Установить на оптическом столе источник излучения (ртутную лампу), линзу, дифракционную решетку, экран.


3.2. Включить блок питания ртутной лампы.


3.3. Получить на экране четкое изображение спектра ртути.


3.4. Измерить расстояние на экране между наиболее яркими спектральными линиями.


3.5. Воспользовавшись атласом спектральных линий ртути, построить кривую дисперсии спектроскопа - график зависимости положения наиболее ярких линий спектра ртути от длины волны.

3.6. Пользуясь кривой дисперсии, определить линейную дисперсию спектроскопа в длинноволновой и коротковолновой областях видимого спектра.


3.7. Экспериментально определить максимальный порядок спектра, который можно разрешить с помощью данной решетки и учитывая, что данная решетка имеет 600 штрихов/мм, найти разрешающую способность Rрешетки в различных областях спектра.


3.8. Вычислить теоретические значения разрешающей способности и области свободной дисперсии дифракционной решетки в различных порядках спектра.


3.9. Результаты измерений и вычислений занести в отчет.


4. Контрольные вопросы и задания.


  1. В чем отличие призматического спектра от спектра дифракционной решетки?

  2. Каковы преимущества использования вогнутой дифракционной решетки в спектральных приборах?

  3. Покажите, что при разрешении двух линий 1 и 2 одинаковой интенсивности с помощью дифракционной решетки критерий Рэлея соответствует наличию «провала» в 20% в результирующем контуре распределения интенсивности.

  4. Что выше: разрешающая способность спектроскопа или дифракционной решетки, входящей в его состав?

  5. Исследуется расщепление линии в эффекте Зеемана (=10-3А,   600 нм). Покажите с какими спектральными приборами можно наблюдать это расщепление. При каких условиях?

  6. Каков физический смысл понятия "нормальная ширина щели"? При какой ширине входной щели линии в спектре наиболее узкие?

  7. Как следует установить диспергирующий элемент, чтобы аберрации в спектральном приборе были минимальны?

  8. Что такое «область свободной дисперсии» прибора и как она зависит от угла падения лучей на решетку?

  9. Какими характеристиками должны обладать диспергирующие элементы для работы в а) инфракрасной области спектра и б) в ультрафиолетовой?


Лабораторная работа


^ ИЗУЧЕНИЕ ПРИЗМЕННОГО МОНОХРОМАТОРА.


ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомление с принципом действия и работой призменного спектрального прибора - монохроматора УМ-2, построение градуировочного графика монохроматора и определение его дисперсионных характеристик.


ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: ртутная лампа, конденсор, монохроматор УМ-2, оптическая скамья, линейка.


1. Основные свойства призменных спектральных приборов [9, 11]


Систему призм в общем случае можно представить в виде некоторого пространства, заполненного диэлектриками разных сортов с резкими границами раздела между ними, на которых и происходит преломление лучей. Рассмотрим на простейшем примере характеристики призменных систем.

Угловой размер пучка, проходящего через поверхность раздела двух диэлектриков с показателями преломления и (см. рис. 5а) изменяется. Меняется и сечение пучка: сечение падающего пучка составляет преломленного - Назовем отношение

(17 )

угловым увеличением поверхности . Продифференцировав правую и левую части закона преломления и использовав величины сечений и , получим для углового увеличения поверхности выражение:

(18)



Рис.5. К нахождению углового увеличения

а) поверхности и б) призмы в воздухе .


Угловое увеличение призмы, составленной из двух поверхностей a и , находящихся в воздухе (см. рис.5б ) найдём, перемножив увеличение каждой из граней:

, (19)

где и – сечения пучка на входе и на выходе призмы.

Увеличение призм влияет на ширину изображения спектральных линий:

, (20)

где и – фокусные расстояния объективов прибора; – угол между плоскостью спектра и осью камеры (рис.1). Так как увеличение призмы зависит от длины волны вследствие дисперсии показателя преломления материала призмы, то и ширина изображения спектральных линий различна в различных областях спектра. Это особенно заметно в многопризменных приборах.

^ Угловую дисперсию призмы найдём из соотношения:

, (21)

где  – преломляющий угол призмы, и – углы преломления на её поверхностях.

^ Разрешающая способность призмы выражается формулой:

. (22)

В случае минимального угла отклонения призмы (это соответствует симметричному ходу лучей через призму) разрешающую способность можно представить в другом виде:

(23)

где b – основание, или база призмы. Последнее выражение удобнее для подсчёта разрешающей способности призмы, так как значение дисперсии оптических материалов можно найти в таблицах, а величина b легко измеряется. Разрешающая способность призм может доходить до 105.


2. Устройство монохроматора [9].


Диспергирующим элементом монохроматора УМ-2 является призма Аббе, составленная из двух 30 призм и одной 45, служащей для отклонения луча на 90. Поскольку 30 призмы отклоняют луч в противоположных направлениях, для луча любой длины волны, идущей в минимуме отклонения, общее отклонение луча равно 90. Согласованным поворотом всех трёх призм можно осуществить сканирование спектра. Оптическая схема монохроматора представлена на рис.6.

Свет от источника 1 проходит через конденсор 2 и освещает щель 3, которая расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора 4. Из объектива параллельный коллимированный пучок лучей направляется на систему призм 5.

Если источник испускает немонохроматический свет, то вследствие того, что излучение различных длин волн по разному преломляются в призмах из-за дисперсии показателя преломления, произойдет разложение света на монохроматические составляющие, и из системы призм выйдут параллельные пучки лучей, соответствующие волнам определенной длины. Эти параллельные пучки соберутся в фокальной плоскости 7 объектива 6 зрительной трубы в виде спектрального изображения щели 3.



Рис.6. Оптическая схема монохроматора.

Если источником света служит лампа низкого давления, содержащая инертный газ в атомарном состоянии, то спектральное изображение щели 3 будет иметь вид цветных полос, соответствующих линейчатому спектру газа лампы. Спектр может наблюдаться глазом через окуляр 8.


3. Экспериментальная установка.



Наблюдение спектральных линий и измерение их положения производится на монохроматоре УМ-2 со стеклянной оптикой.

Внешний вид экспериментальной установки представлен на рис.7.

Монохроматор укреплен на оптической скамье, где также размещены источник света и конденсор , закрепленные в штативах. Объектив коллиматора, система диспергирующих призм, а также объектив зрительной трубы находятся внутри корпуса прибора. Входная щель регулируется по ширине микрометрическим винтом .




Рис.7. Внешний вид экспериментальной установки.


Ширина щели коллиматора в спектральных приборах должна соответствовать нормальной ширине. В данной работе нормальная ширина щели устанавливается соответственно зеленой линии ртути ( = 546,1 нм).

Объектив коллиматора должен быть установлен таким образом, чтобы его щель находилась в фокусе объектива. На боковой стороне корпуса прибора расположена шкала с нониусом, показывающая положение объектива коллиматора. Шкала освещается лампочкой. При правильной установки объектива по зеленой линии ртути отсчет по шкале должен быть 11,0.

В фокальной плоскости объектива и зрительной трубы расположена выходная щель. Для установки положения спектральной линии в плоскости выходной щели имеется индекс в виде треугольника. Индекс наблюдается через окуляр и освещается лампочкой . Вывод спектральной линии на индекс производится поворотом диспергирующих призм при помощи барабана. Непосредственно под лампочкой расположен диск с набором светофильтров. Поворачивая диск, можно осветить индекс желтым, красным, зеленым, голубым, синим или фиолетовым цветом. Окуляр может устанавливаться по глазу наблюдателя на резкость изображения индекса и спектральных линий путем вращения.

Отсчетным устройством прибора является барабан, который соединен с системой диспергирующих призм. При повороте барабана на одно деление ( 2о ) система призм поворачиваемся на 20’’.

Монохроматор УМ-2 является симметричной системой: Фокусное расстояние его коллиматора равно фокусному расстоянию зрительной трубы (280 мм).

При работе с монохроматором в качестве источников света применяются лампы накаливания, дающие сплошной спектр, а также спектральные лампы – газоразрядные трубки низкого давления, наполненные инертными газами - гелием, неоном и др. Трубки имеют в средней части капилляр, где при пропускании разряда происходит наиболее интенсивное свечение, дающее линейчатый спектр.

Градуировка шкалы барабана монохроматора производится для того, чтобы выразить показания шкалы барабана в длинах волн. Для градуировки пользуются ртутной лампой, спектр которой состоит из большого числа хорошо изученных линий. Эта лампа - мощный источник света. Во время работы в лампе развивается большое давление, поэтому обращаться с ней следует осторожно.

Нормальная работа ртутной лампы обеспечивается пультом питания (рис.7.). От этого же пульта подается напряжение питания 3,5 В на лампочки освещения шкал прибора. На передней панели пульта имеются выключатели сети и лампы накаливания, а также пусковая кнопка и выключатель ртутной лампы.


4. Порядок выполнения работы.


4.1. Градуировка шкалы барабана УМ-2.


4.1.1. По формуле (8) рассчитать нормальную ширину щели коллиматора и определить правильность ее установки для зеленой линии ртути.

4.1.2. Установить на оптической скамье ртутную лампу так, чтобы оптические оси входной трубы монохроматора и лампы совпадали. Включить ртутную лампу.

4.1.3. С помощью конденсорной линзы получить изображение лампы в центре колпачка трубы, затем снять колпачок

4.1.4. Поворачивая барабан, просмотреть через окуляр весь спектр от фиолетовых до красных линий. При правильной юстировке системы все линии должны быть хорошо видны.

4.1.5. Последовательно совмещая с индексом линии ртути от красных до фиолетовых, снять отсчёты по барабану монохроматора, отмечая цвет линии и ее длину волны ( пользуясь атласом ртутного спектра). Затем повторить измерения в обратном порядке от фиолетовых до красных линий.

4.1.6. Повторить операции пункта 1.5 три раза.

4.1.7. По полученным значениям вычислить средний отсчет по барабану и среднеквадратичную ошибку для каждой спектральной линии.

4.1.8. Построить градуировочный график с учетом ошибки измерений каждого отсчета. По оси ординат отложить углы отсчитанные по барабану, по оси абсцисс - соответствующие длины волн. Масштаб следует выбирать так, чтобы график был достаточно большой и позволял четко определять длину волны с точностью до 1нм. Градуировочный график должен представлять собой плавную кривую и распространятся на всю видимую часть спектра (от 400 до 700 нм).


4.2. Определение дисперсии монохроматора УМ-2.


Как сказано ранее, показатель преломления имеет различное значение для различных длин волн; дисперсия прибора будет также различной для разных участков спектра.В данной работе определяется линейная дисперсия для следующих участков спектра: 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700 нм.

4.2.1. Вычислить величины: угловую и линейную диперсию прибора по формулам. Величина  во всех случаях берется по указанию преподавателя, соответствующее значение  берется по градуировочному графику. При этом следует учесть указанную выше цену деления барабана: 2о по барабану соответствует 20’’ поворота призмы. Для вычисления линейной дисперсии необходимо значение угловой дисперсии перевести в рад./ нm и умножить на фокусное расстояние зрительной трубы f.

4.2.2. По полученным данным построить график зависимости линейной дисперсии от длины волны.

4.2.3. Определить возможные источники погрешностей.


5. Контрольные вопросы и задания.


  1. Какие функции выполняют диспергирующий элемент, коллиматорный и камерный объективы спектрального прибора?

  2. Какие причины вызывают уширение наблюдаемой спектральной линии при регистрации прибором монохроматического излучения?

  3. Что называется аппаратной функцией спектрального прибора?

  4. Какой вид имеют аппаратные функции для призменного и дифракционного спектрографов с узкой входной щелью; для интерферометра Фабри -Перо?

  5. Как связан регистрируемый прибором спектр с истинным спектральным распределением исследуемого излучения?

  6. От каких величин, характеризующих призму, зависит разрешающая способность призменного спектрографа? Почему разрешающая способность максимальна при симметричной установке призмы?

  7. Объясните использование ртутной лампы в данной работе. Можно ли ее заменить на другой прибор? (Например, лазер с перестраиваемой частотой. Что лучше?)

  8. Улучшится ли разрешающая способность спектрального прибора если в качестве диспергирующего элемента применить дифракционную решетку?

^ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Калитеевский Н.И. Волновая оптика: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1995. – 463 с.

  2. Матвеев А.Н. Оптика: Учеб. пособие для физ. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 351 с.

  3. Бутиков Е.И. Оптика: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Н.И. Калитеевского. – М.: Высш. шк., 1986. – 512 с.

  4. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. – 656 с.

  5. Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976. – 928 с.

  6. Сивухин Д.В. Оптика: Учеб. пособие. – М.: Наука, 1985. – 752 с.

  7. Руководство к лабораторным занятиям по физике / Под ред. Л.Л. Гольдина. – М.: Наука, 1973. – 688 с.

  8. Физический практикум / Под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Физматгиз, 1962. – 956 с.

  9. Лабораторный практикум по физике: Учеб. пособие для студентов втузов / Ахматов А.С., Андреевский В.М., Кулаков А.И. и др.; Под ред. А.С. Ахматова. – М.: Высш. шк., 1980. – 360 с.

  10. Специальный физический практикум / Под ред. А.А. Харламова. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1977. – Ч. 3. – 382 с.

  11. Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. – М.: Изд-во МГУ, 1986. – 352 с.

Содержание


^ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

Лабораторная работа «Интерференция сферических волн
(бипризма Френеля)»
4

1. Теоретическая часть 4

1.1. Интерференция волн 4

1.2. Получение когерентных световых волн
с помощью бипризмы Френеля 6

2. Описание установки 8

2.1. Определение длины световой волны
с помощью бипризмы Френеля 8

2.2. Получение увеличенного изображения
интерференционной картины 8

3. Порядок выполнения работы 9

4. Контрольные вопросы и задания 11

Лабораторная работа «Кольца Ньютона» 12

1. Теоретическая часть 12

1.1. Виды интерференционных полос 12

1.2. Интерференция в тонких пленках 13

1.3. Кольца Ньютона 17

2. Описание установки 18

3. Порядок выполнения работы 19

3.1. Определение радиуса кривизны линзы 19

3.2. Определение длин волн ртутного спектра 20

4. Контрольные вопросы и задания 21

^ ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

Лабораторная работа «Зоны Френеля» 24

1. Теоретическая часть 24

1.1. Принцип Гюйгенса – Френеля 24

1.2. Зоны Френеля 26

1.3. Метод векторных диаграмм 27

1.4. Зонная пластинка 28

2. Описание установок 29

2.1. Дифракция Френеля на круглом отверстии 29

2.2. Изучение свойств зонной пластинки 30

3. Порядок выполнения работы 30

4. Контрольные вопросы и задания 33

Лабораторная работа «Дифракция Фраунгофера» 35

1. Теоретическая часть 35

1.1. Область дифракции Фраунгофера 35

1.2. Дифракция Фраунгофера на одной щели 37

1.3. Дифракция Фраунгофера на двух одинаковых щелях 39

1.4. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке 40

2. Описание установки 42

3. Порядок выполнения работы 42

3.1. Определение ширины щели 42

3.2. Определение параметров двойной щели 44

3.3. Определение постоянной дифракционной решетки 45

4. Контрольные вопросы и задания 45

^ ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Лабораторная работа «Линейный электрооптический эффект
(эффект Поккельса)»
48

1. Введение 48

2. Теоретическая часть 48

2.1. Распространение света в анизотропной среде 48

2.2. Эффект Поккельса 53

2.3. Статическая модуляционная характеристика
электрооптического модулятора 56

3. Описание установки 57

4. Порядок выполнения работы 58

5. Контрольные вопросы и задания 60

Лабораторная работа «Закон Малюса» 61

1. Теоретическая часть 61

1.1. Виды поляризации световых волн 61

1.2. Суперпозиция двух линейно поляризованных волн 62

1.3. Методы получения линейно поляризованного света 64

1.4. Закон Малюса 67

2. Описание установки 68

3. Порядок выполнения работы 68

4. Контрольные вопросы и задания 70

^ ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Теоретическое введение 72

1. Назначение и типы спектральных приборов 72

2. Характеристики спектральных приборов 74

Лабораторная работа «Спектроскоп на основе
вогнутой дифракционной решетки»
78

1. Вогнутая дифракционная решетка 78

2. Описание установки 81

3. Порядок выполнения работы 81

4. Контрольные вопросы и задания 82

Лабораторная работа «Изучение призменного монохроматора» 84

1. Основные свойства призменных спектральных приборов 84

2. Устройство монохроматора 86

3. Экспериментальная установка 87

4. Порядок выполнения работы 89

4.1. Градуировка шкалы барабана УМ-2 89

4.2. Определение дисперсии монохроматора УМ-2 90

5. Контрольные вопросы и задания 91

Список рекомендуемой литературы 92


Аникеев Борис Васильевич

Куценко Светлана Анатольевна

Храмов Владимир Николаевич


^

Методические указания
к лабораторным работам по курсу
«Основы оптики»



В 2 частях


Часть 1


Печатается в авторской редакции с готового оригинал-макета.


Главный редактор А.В. Шестакова

Оформление обложки Н.Н. Захаровой


Подписано в печать 27.11 2006 г. Формат 60Ѕ84/16.

Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 5,6.
Уч.-изд. л. 6,0. Тираж 50 экз. Заказ .


Издательство Волгоградского государственного университета.

4


00062, г. Волгоград, просп. Университетский, 100.





Скачать 0,85 Mb.
оставить комментарий
страница5/5
Дата27.09.2011
Размер0,85 Mb.
ТипМетодические указания, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5
хорошо
  1
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх