Приложение 8.

Описание учебно-демонстрационного тест-объекта МОЛ-01-1

Назначение

Объект предназначен для проведения лабораторного практикума и лекционных демонстраций по разделу “волновая оптика” курса общей физики в высших и средних учебных заведениях. Позволяет изучать все основные эффекты, связанные с явлениями интерференции и дифракции света на различных уровнях сложности изложения – от школьного до университетского. На его основе могут быть собраны лабораторные работы по волновой оптике с использованием лазерных источников излучения.

Кроме того, объект может использоваться как эффектный “веер лучей” для лабораторных работ и демонстраций по геометрической оптике.

Общая характеристика

Объект представляет собой стеклянную подложку диаметром 35 мм и толщиной 3 мм с зеркальным непрозрачным покрытием и выполненными по специальной фотолитографической технологии прозрачными структурами (одиночные и двойные штрихи, отверстия). Они расположены в трех рядах А, В и С через равные угловые промежутки (10, 45 и 22.5 угл. градуса соответственно) и в центре объекта.

Методика использования

Для наблюдения дифракции Фраунгофера или интерференции на двух щелях используется излучение гелий-неоновых или полупроводниковых лазеров любого типа с диаметром пучка не более 2 мм без дополнительного преобразования. Параметры структур рассчитаны на установку объекта на стандартной оптической скамье или плите с расстоянием до экрана менее или порядка 1 м. При этом общий размер дифракционной или интерференционной картины, наблюдаемой при естественном освещении, не превосходит 0,2 м. Распределения интенсивности могут наблюдаться в прошедшем или отражённом свете визуально либо через любые оптические системы переноса или передачи изображений.

Для наблюдения дифракции Френеля дополнительно между лазером и объективом может быть установлена положительная линза с фокусным расстоянием 12-50 мм., преобразующая плоский волновой фронт в сферический.

Помимо исследований на оптической схеме каждая лабораторная работа может включать в себя измерение реальных структур на микроскопе с ценой деления 1…5 мкм.

Основные параметры структур

Ряд А двойные щели с переменным расстоянием между щелями d и шириной щели а:

Ряд С одинарные щели ширина а (в мкм) в порядке возрастания номера: 8;10; 12; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 70; 80; 90; 100.

Ряд В круглые отверстия диаметра d:

Центр: квадратная сетка из прозрачных штрихов шириной 6 мкм и периодами 50 мкм по обеим координатам. Общее число штрихов по каждой координате – 100. Длина каждого штриха – 5 мм.

Идентификация номера структуры на объекте производится следующим образом (на примере ряда С объекта МОЛ-1). Внешний вид объекта МОЛ-1 приведен на рис. 16 (более подробное описание см. Описание объекта МОЛ-1).

После получения изображения дифракционной картины следует вращением объекта МОЛ-1 вокруг оптической оси получить последовательно ряд изображений, как показано на рис. 17. Начало отсчета в нумерации структур следует установить по переходу от изображения 1 к изображению 16. Далее следует визуальный контроль числа дополнительных дифракционных максимумов для структур 1 .. 16, визуализируемых на экране монитора, изменяя при необходимости уровень усиления и накопления. Допускается перенасыщение изображения центрального максимума.

Рис. 16. Схема расположения структур объекта МОЛ-1. Ряд С одинарные щели толщины d (в мкм) в порядке возрастания номера: 8;10; 12; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 70; 80; 90; 100.

ВНИМАНИЕ! Ввиду особенностей технологии изготовления тест-объектов МОЛ-01-1 при использовании лазерных источников с длиной волны 633 и 650 нм покрытие имеет характеристики полупрозрачного зеркала, и распределение в центральном максимуме имеет сложную форму (интерференция прошедшего излучения с дифрагировавшим). Максимумы более высоких порядков ("боковые") воспроизводятся без искажений.

Позиция № 251

в плане издания

учебной литературы

МГУ на 2010 г.

Учебное издание

Юрий Дмитриевич Воробьёв

Волновая оптика Дифракция

Учебное пособие

Печатается в авторской редакции

7,5 уч.-изд. л. Формат 60 ´ 84 1/16

Тираж 100 экз. Заказ №

Отпечатано в типографии РПК МГУ им. адм. Г. И. Невельского

690059, Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а