BI Khảo sát nhiễu xạ chùm laser qua cách tử phẳng XC NH BC SểNG CA LASER Dơng : Ngn ph¸t tia laser; C¸ch tử nhiễu xạ phẳng ; Cảm biến photodiode silicon ; Bộ khuếch đại thị cờng độ vạch nhiễu xạ; Thớc trắc vi (Panme), xác 0,01mm ; Hệ thống giá đỡ thí nghiệm I Cơ sở lý thuyết Tập hợp số lớn khe hẹp giống nằm song song cách mặt phẳng gọi cách tử phẳng Khoảng cách d hai khe hẹp gọi chu kỳ 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 b chu kỳ cách tử d Khi đồng thời xảy tợng nhiễu xạ ánh sáng gây khe hẹp tợng giao thoa chùm tia nhiễu xạ từ N khe hẹp truyền tới mặt tiêu thấu kính L Vì ảnh nhiễu xạ ảnh E trờng hợp trở nên phức tạp so với khe Trớc tiên ta nhận thấy điểm ứng với góc nhiễu xạ thoả mãn ®iỊu kiƯn : sin k / b víi k = �1, 2, th× mäi khe hĐp cách tử phẳng cho cực tiểu nhiễu xạ: cực tiểu nhiễu xạ đợc gọi cực tiĨu chÝnh B©y giê ta xÐt sù giao thoa cđa chùm tia nhiễu xạ từ N khe hẹp truyền tới vị trí nằm khoảng cực tiểu Nhận xét thấy hiệu quang lộ cặp tia nhiễu xạ tơng ứng từ hai khe truyền tới điểm M mặt tiêu F thÊu kÝnh héi tô L b»ng: L2 L1 d sin Từ suy tia nhiễu xạ có góc lệch thoả mãn điều kiện : d sin k víi k �0,1, 2,3 hay sin k / d sÏ g©y điểm M dao động sáng pha chúng tăng cờng lẫn Khi đó, M điểm sáng gọi cực đại bậc k Dễ dàng nhận thấy cực đại trung tâm ứng víi k = vµ sin = n»m tiêu điểm F thấu kính L Hơn nữa, d > b nên hai cực tiểu có số cực đại I Ngời ta chứng minh đợc hai cực đại kế tiếp, có I0 số cực đại phụ ngăn cách cực tiểu phụ., nu cỏch t có N khe hẹp hai cực đại có N-2 cực đại phụ sin b d d b N = , d = 3b N-1 cực tiểu phụ Trong thÝ nghiệm này, ta nghiên cứu tợng nhiễu xạ chùm laser chiếu qua cách tử phẳng, khảo sát phân bố cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ nó, từ xác định bớc sóng laser II Trình tự thí nghiệm Cắm phích lấy điện Milivon kế điện tử MV vào ổ điện ~220V Đặt núm chọn thang đo MV vị trí 1,5mV hoc 15mV vặn núm biến trở Rf vị trí tận bên trái Bấm khoá K mặt MV, chờ khoảng phút để khuếch đại ổn định Tiến hành điều chỉnh số cho Milivon kế điện tử MV cách: che sáng hoàn toàn khe hở cảm biến quang điện QĐ, vặn từ từ núm biến trở "qui 0" (lắp dới đồng hồ thị) để kim đồng hồ MV số Để điều chỉnh độ nhạy thích hợp cho Milivon kế điện tử MV, ta vặn từ từ cán panme P cho cực đại sáng (có cờng độ sáng lớn nhất) ảnh nhiễu xạ lọt vào khe hở cảm biến quang điện QĐ Khi kim Milivon kế điện tử MV lệch mạnh Vặn núm xoay cña biÕn trë Rf cho kim cña Milivon kÕ ®iƯn tư MV đạt giá trị lớn * Khảo sát phân bố cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ laser : Vì cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ laser tỷ lệ với cờng độ I dòng quang điện milivon kế, nên ta khảo sát phân bố cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ laser E cách khảo sát biến thiên c- ờng độ I dòng quang điện phụ thuộc vào vị trí x cực đại ảnh nhiễu xạ Muốn vậy, ta vặn từ từ panme P để dịch chuyển khe hở cảm biến quang điện QĐ để vẽ đợc đồ thị phân bố cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ ứng với cực đại nằm gia hai cực tiểu bậc Mỗi lần dịch chuyển khoảng nhỏ 0,1mm ứng với 10 vạch panme Khởi động chơng trình máy tính: Trong Start chọn Program chọn Cassy Lab, nhấp đúp chuột vào UA1 Trong cưa sỉ “input setting” chän “Averagd Valuse”, “left” Trong cửa sổ Measing parametes chọn Manual Cài đặt trục tọa độ, hoành độ biểu thị tọa độ vạch nhiễu xạ, tung độ biểu thị cờng độ sáng Muốn cài đặt trục tọa độ cđa sỉ “setting” chän “parameter Formula FFT” * Khai b¸o cờng độ sáng: Chọn new quantity Trong hộp select quantity điền vào tên đại lợng cờng độ sáng Chọn formula điền công thức mối liên hệ đại lợng với đại lợng cũ: UA1/0.45*150 Trong symbol I: Unit: Cd From: To: 150 *Khai báo tọa độ vạch Chọn new quantity Trong hộp select quantity điền vào tên đại lợng tọa dộ vạch Chọn formula điền công thức mối liên hệ đại lợng với đại lợng cũ: (n-1)*0.1 Trong symbol x: Unit: mm From: To: 30 *Chọn hiển thị đồ thị I - x Trong “setting” chän ‘display” Chän “new display” Trong hộp select display ghi tên đồ thị I x Trong X – Axis chän x vµ Y – Axis chọn I Sau bấm F9 để bắt đầu đo, với lần dịch chuyển hệ vân nhiễu xạ 10 vạch lại bấm F9, ý lần phải dịch chuyển hệ vân thật xác 10 vạch phép đo xác Để đọc giá trị toạ độ đặt chuột vào vị trí cần xác định nhấp phải chuột, hình menu động cho ta công cụ có sẵn, để vẽ đờng thẳng nằm ngang hay thẳng đứng qua vị trí cần xác định cách nhấp phải chuột chọn set Marker, vertical line, horizontal line Sau chọn set marker , text để hiển thị giá trị lên hình Đọc ghi số liệu sau vào bảng: - Khoảng cách L từ 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 Gọi góc nhiễu xạ ứng với cực đại bậc : a a.d sin tg L d L III Câu hỏi kiểm tra Định nghĩa tượng nhiễu xạ ánh sáng Hiện tượng nhiễu xạ chứng tỏ chất ánh sáng? Tại sao? Định nghĩa cách tử Viết công thức cho cách tử Phân biệt ảnh nhiễu xạ qua lỗ tròn, qua khe qua cách tử Điều kiện cực đại cực tiểu Số lượng cực đại cực tiểu bậc Số lượng cực đại phụ cực tiểu phụ Nguyên lý đo cường độ sáng thí nghiệm? Chứng minh cơng thức tính bước sóng ánh sáng thí nghiệm Báo cáo thí nghiệm Khảo sát nhiễu xạ chùm tia laser qua cách tử phẳng Xác định bớc sóng tia laser Xác nhận thày giáo Trờng Líp Tỉ Hä tªn I Mơc ®Ých thÝ nghiƯm II KÕt qu¶ thÝ nghiệm Chu kỳ cách tử: d = Khoảng cách từ cách tử đến quan sát: L = Độ xác thước: Lần đo a a.d L Lần Lần Lần Trung bình Sai số : LT TN LT 100% ... Định nghĩa tượng nhiễu xạ ánh sáng Hiện tượng nhiễu xạ chứng tỏ chất ánh sáng? Tại sao? Định nghĩa cách tử Viết công thức cho cách tử Phân biệt ảnh nhiễu xạ qua lỗ tròn, qua khe qua cách tử Điều... độ sáng ảnh nhiễu xạ laser : Vì cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ laser tỷ lệ với cờng độ I dòng quang điện milivon kế, nên ta khảo sát phân bố cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ laser E cách khảo sát biến thiên... laser chiếu qua cách tử phẳng, khảo sát phân bố cờng độ sáng ảnh nhiễu xạ nó, từ xác định bớc sóng laser II Trình tự thí nghiệm Cắm phích lấy điện Milivon kế điện tử MV vào ổ điện ~22 0V Đặt núm