Описание экспериментальной установки

Оптическая схема установки показана на рис. 4.

Источником монохроматического света является лазер Лр. Пучок лучей, выходящий из лазера, будем для простоты считать параллельным. Система линз Л₁ и Л₂ преобразует этот пучок в также параллельный пучок, но большего поперечного сечения. Это необходимо для того, чтобы длина ос­вещенной части щели Щ, стоящей перед линзой Л₃, была во много раз больше ее ширины. Лин­за Л₄ создает в плоскости фотоприемника ФП увеличенное изображение распре­деления света в фокальной плоскости линзы Л₃. Фотоприем­ник смонтирован на отсчетном устройстве,
с помощью которого он может перемещаться вдоль оси X. Перемещение может быть измерено с точностью до 0,1 мм.

Для того чтобы на результаты измерений не влиял свет, па­дающий на фотоприемник от посторонних источников, луч лазе­ра модулируется по интенсивности с помощью модулятора М. Модулятор представляет собой крыльчатку, насаженную на ось миниатюрного электромотора. При вращении крыльчатка пе­ресекает лазерный луч, в результате чего на фотоприемник попа­дает свет в виде периодической последовательности импульсов. С выхода фотоприемника электрические импульсы подаются на вход осциллографа и наблюдаются на его экране. С помощью ос­циллографа можно измерить амплитуду напряжения в импульсах, подаваемых на его вход. Напряжение на выходе фотоприемного устройства  пропорционально интенсивности падающего на него света. Максимумы и минимумы на зависимости  должны наблюдаться в тех же точках, как и для . Соотно­шения между напряжениями в отдельных максимумах должны быть такими же, как и между соответствующими значениями интенсивности света.

 

Задания

 

1. Измерить с помощью осциллографа напряжение на выходе фотоприемника  для ряда значений координаты X, измерен­ной с помощью отсчетного устройства фотоприемника. За начало отсчета координаты X принять точку, в которой напряжение на выходе фотоприемника имеет максимальное значение (централь­ный максимум). Число измерений должно быть достаточным для того, чтобы зависимость  от X включала в себя центральный максимум и максимумы ±1 и ±2 порядков, а также минимумы ±1, ±2 и ±3 порядков. Полученные данные занести в таблицу.

2. Построить график зависимости  от X.

3. По графику определить координаты X минимумов ±1, ±2 и ±3 порядков и координаты максимумов ±1 и ±2 порядков.

4. По формуле (16) определить координаты х соответствую­щих минимумов и максимумов.

5. По формулам (13) и (14) рассчитать теоретически ожидае­мые координаты х тех же максимумов и минимумов, что и в п. 4. Полученные значения сравнить с экспериментальными.

6. Из графика найти отношения напряжений  для максимумов ±1 и ±2 порядков и сравнить с предсказывае­мыми теоретически по формуле (16).

7. Сделать выводы из полученных результатов.

 

Контрольные вопросы

 

1. Напишите формулу для двумерного преобразования Фурье.

2. Что такое пространственная частота?

3. Как выглядит зависимость интенсивности света от коорди­наты х в фокальной плоскости линзы, если во входной плоскости расположена узкая щель?

4. Получите формулу для определения координат минимумов функции .

5. Почему в оптической системе прибора используется моду­лятор интенсивности света?

 

Литература

1. Матвеев А.Н. Оптика. – М.: Высш. шк., 1985 (§ 33, 35).

2. Стюард И. Введение в фурье-оптику. – М.: Мир, 1985.