Fresnel biprisma

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 juni 2017; kontroller kräver 2 redigeringar .

Fresnel biprism  - en optisk anordning för att erhålla ett par koherenta ljusstrålar, föreslagen av Augustin Fresnel . Ett biprisma är två identiska triangulära rektangulära prismor, med en mycket liten brytningsvinkel, vikta vid sina baser. I praktiken är en biprisma vanligtvis gjord av en glasskiva.

Med hjälp av en biprisma kan man observera interferensen av ljusstrålar [1] [2] .

Användningen av en Fresnel-biprisma för att erhålla koherenta ljusstrålar är en av varianterna av vågfrontsdelningsmetoden . I enlighet med antalet störande ljusstrålar, kallas interferensen som erhålls med Fresnel-biprisma som tvåstrålsinterferens [ 1] .

Tillåter glasets kända brytningsindex och prismats kända vinkel att mäta ljusstrålningens våglängd.

Hur det fungerar

För att erhålla interferens placeras ljuskällan S symmetriskt i förhållande till prismorna som utgör biprismat. Infallsvinklarna för strålar på prismats yta är små, därför avböjs alla strålar av det med samma vinkel lika med , där  är brytningsindexet för materialet som prismat är tillverkat av och  är brytningsvinkeln av prismat.

Som ett resultat av sådan brytning bildas två koherenta ljusstrålar, vars hörn S 1 och S 2 kan betraktas som positionspunkterna för imaginära bilder av källan S . På skärmen överlappar koherenta strålar från källorna S 1 och S 2 och bildar ett interferensmönster, som är en uppsättning omväxlande ljusa och mörka ränder [3] .

Vanligtvis används en smal slits som en ljuskälla, placerad parallellt med kanten av biprismat och upplyst av en ljus källa av monokromatiskt ljus . I det här fallet är interferensmönstret på skärmen ett system av omväxlande ljusa och mörka ränder parallellt med slitsen. I praktiken, i demonstrationsexperiment, krävs inte en hög grad av strålningsmonokromaticitet, och för att få ett interferensmönster räcker det att täcka den vita ljuskällan med ett ljusfilter tillverkat av till exempel färgat glas. Om vitt ljus används utan ett ljusfilter, kommer interferensmönstret att bestå av flerfärgade fransar, och helt mörka fransar kommer inte att observeras, eftersom platserna för minsta belysning för ljus med en våglängd kommer att sammanfalla med platserna för maximal belysning för ljus med annan våglängd [3] . Med en ökning av spaltens bredd ökar skärmens belysning, men samtidigt minskar kontrasten i interferensmönstret, upp till dess fullständiga försvinnande.

I experiment med ett Fresnel-biprisma observeras interferensfransar i strålöverlappningsområdet på skärmen på valfritt avstånd från skärmen till biprismat. Sådana band sägs inte vara lokaliserade [1] .

Teori

Avståndet mellan de imaginära källorna bestäms av rotationsvinkeln och avståndet mellan ljuskällan S och prismat; för små avstånd, [4] :

Från den allmänna teorin om tvåstråleinterferens är det känt att belysningsmaxima på skärmen bildas på avstånd från skärmens mitt som uppfyller villkoret [1]

var  är avståndet mellan prismat och skärmen,  är ljusets våglängd och  är ett heltal som tar värdena 0, ±1, ±2, …

Därav följer att i fallet med en biprisma, för positionerna för maxima,

Följaktligen, för avstånden mellan maxima, förhållandet [4]

Belysningen av skärmen vid punkten med koordinaten beror på fasskillnaden för strålarna som stör vid denna punkt:

var  är belysningen som skapas av en av de störande strålarna, och fasskillnaden har formen

Således ändras skärmens belysning från minimivärdet till maximum

Området som täcks av ljusstrålar på skärmen i koordinatens riktning har en utsträckning som är ungefär lika med . Med hjälp av ovanstående uttryck för avståndet mellan belysningsmaxima får vi därför att antalet interferensfransar som observerats i experiment med Fresnel-biprisma är lika med:

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 Born M. , Wolf E. Fundamentals of optics. Ed. 2:a. - M . : "Nauka" , 1973. - S. 245-248. — 720 s.
  2. ↑ Fresnel biprism // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
  3. ↑ 1 2 Landsberg G.S. Optik. — M .: Fizmatlit , 2003. — 848 sid. — ISBN 5-9221-0314-8 .
  4. ↑ 1 2 Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. - 3:e upplagan, stereo. - M . : Fizmatlit , MIPT , 2005. - T. IV. Optik. - S. 212-213. — 792 sid. — ISBN 5-9221-0228-1 .

Litteratur