BÀI 2
KHO ST NHIU X CA CHM LASER QUA CCH T PHNG
XC ĐỊNH BƯỚC SÓNG CA LASER
Dụng cụ :
1. Nguồn phát tia laser kh He-Ne hoc laser bán dn;
2. Cách tử nhiễu xạ th'y tinh phẳng (c+ 2 loại chu k, d)
3. Th0u knh h1i tụ tiêu cư f = 666mm
4. M:n ;nh v: c;m biến quang đi@n photodiode;
5. Thước trắc vi (Panme), chnh xác 0,01mm;
6. H@ thống giá đỡ th nghi@m.
7. B1 khuếch đại v: chỉ thị cường đ1 vạch nhiễu xạ;
8. Sensor Cassy.
9. Máy tnh c+ c:i chương trình Cassy Lab.
Hình 1: Dụng cụ TN
I. Cơ sở lý thuyết
Tập hợp m1t số lớn khe hẹp giống nhau nằm song song v: cách đều nhau trên cùng m1t mt
phẳng gọi l: cách tử phẳng. Kho;ng cách d giữa hai khe hẹp kế tiếp nhau gọi l: chu kỳ c'a cách tử.
Chiếu chùm sáng song song đơn sắc kết hợp c+ bứơc s+ng
vuông g+c với mt cách tử
phẳng gồm N khe hẹp. Mỗi khe hẹp c+ đ1 r1ng bằng b v: chu k, c'a cách tử bằng d . Khi đ+ sẽ
đồng thời x;y ra hi@n tượng nhiễu xạ ánh sáng gây ra bởi mỗi khe hẹp v: hi@n tượng giao thoa
c'a các chùm tia nhiễu xạ từ N khe hẹp truyền tới mt tiêu c'a th0u knh L. Vì vậy ;nh nhiễu xạ
trên m:n ;nh E trong trường hợp n:y trở nên phức tạp hơn so với m1t khe.
d
b
Hình 2. Nhiễu xạ qua cách tử phẳng.
E
L
f
M
O
Trước tiên ta nhận th0y tại những điểm ứng với các g+c
nhiễu xạ
tho; mãn điều ki@n :
sin /k b
với k =
1,
2,....
thì mọi khe hẹp c+ đ1 r1ng b c'a cách tử phẳng đều cho cực tiểu
nhiễu xạ: các cực tiểu nhiễu xạ n:y được gọi l: cực tiểu chính.
Bây giờ ta xét sự giao thoa c'a các chùm tia nhiễu xạ từ
N khe hẹp truyền tới những vị tr nằm trong kho;ng giữa các
cực tiểu chnh. Nhận xét th0y hi@u quang l1 giữa các cp tia
nhiễu xạ tương ứng từ hai khe kế tiếp truyền tới điểm M trên
mt tiêu F c'a th0u knh h1i tụ L bằng:
sin.dLL 12
Từ đ+ suy ra những tia nhiễu xạ c+ g+c l@ch
tho; mãn điều
ki@n :
.sin .d k
=>
sin /k d
với k = 0,
1,
2,....
sẽ gây ra tại điểm M các dao đ1ng sáng cùng pha v: chúng tăng
cường ln nhau. Khi đ+, M sẽ l: điểm sáng v: gọi l: cực đại chính bậc k. Dễ d:ng nhận th0y cực
đại chính trung tâm ứng với k = 0 v: sin
= 0 nằm tại tiêu điểm F c'a th0u knh L. Hơn nữa, do
d > b nên giữa hai cực tiểu chnh bậc
1 sẽ c+ m1t số cực đại chnh k < d/b (hình 3).
I
Nếu N = 2 khe thì giữa hai cực đại chnh l: vân tối do 2 khe đ+ ngược pha theo th nghi@m Young,
nhưng nếu N > 2 khe thì giữa hai cực đại chnh c+ N-2 cực đại phụ v: N-1 cực tiểu phụ (hình 4).
H#nh 4: N = 3 khe, d = 3b
Trong th nghi@m n:y, ta sẽ nghiên cứu hi@n tượng nhiễu xạ c'a chùm laser chiếu qua m1t cách
tử phẳng, kh;o sát sự phân bố cường đ1 sáng trên ;nh nhiễu xạ c'a n+, từ đ+ xác định bước s+ng
c'a laser.
II. Trình tự thí nghiệm
0
I
\
b
d
0
d
b
H#nh 3: N = 2 khe, d = 3b
sin
2
1. Chọn cách tử để thu được ;nh nhiễu xạ c+ 3 ch0m đr nh0t trên m:n. Vì cường đ1 sáng trong
;nh nhiễu xạ tỷ l@ với cường đ1 I c'a dòng quang đi@n trên milivon kế, nên ta c+ thể kh;o sát sự
phân bố cường đ1 sáng trong ;nh nhiễu xạ laser trên m:n E bằng cách kh;o sát sự biến thiên
cường đ1 I c'a dòng quang đi@n phụ thu1c v:o vị tr x c'a 3 cực đại chnh trong ;nh nhiễu xạ
(ứng với 3 ch0m đr nh0t trên m:n).
2. Cắm phch l0y đi@n c'a Milivonkế điện tử MV v:o ổ đi@n ~220V. Đt núm chọn thang đo c'a
MV ở vị tr 1,5mV. B0m khoá K trên mt MV, chờ kho;ng 3 phút để b1 khuếch đại ổn định. Tiến
h:nh điều chỉnh số 0 cho Milivon kế đi@n tử MV bằng cách: che sáng hoàn toàn khe hở của cảm
biến quang điện QĐ, vn từ từ núm "qui 0" (lắp ngay dưới đồng hồ chỉ thị) để kim đồng hồ MV
chỉ đúng số 0.
3. Để điều chỉnh đ1 nhạy thch hợp cho Milivon kế đi@n tử MV, ta vn từ từ cán c'a panme P sao
cho cực đại sáng giữa (c+ cường đ1 sáng lớn nh0t) c'a ;nh nhiễu xạ lọt v:o đúng giữa khe hở c'a
c;m biến quang đi@n QĐ. Khi đ+ kim c'a Milivon kế đi@n tử MV l@ch mạnh nh0t. Vn núm xoay
c'a biến trở Rf sao cho kim c'a Milivon kế đi@n tử l@ch tới phần cuối thang đo (chú ý không để
kim l@ch quá thang đo).
4. Khởi đ1ng chương trình máy tnh: Trong thanh “Start” chọn “Program” v: chọn “Cassy
Lab”, nhấp đúp chuột vào UA1
Trong cửa sổ “input setting” chọn “Averagd Valuse”, “left”.
Trong cửa sổ Measing parametes chọn “Manual”.
Cài đặt các trục tọa độ, ở đây ho:nh đ1 biểu thị tọa đ1 c'a các vạch nhiễu xạ, tung đ1 biểu
thị cường đ1 sáng.
Muốn cài đặt trục tọa độ thì trong c'a sổ “setting” chọn “parameter Formula FFT”
* Khai báo cường độ sáng:
Chọn “new quantity”
Trong h1p “select quantity” điền v:o tên đại lượng mới “cường đ1 sáng”
Chọn “formula” điền công thức chỉ mối liên h@ đại lượng mới với các đại lượng cũ:
UA1/0.45*150
Trong “symbol” I: Unit: Cd From: 0 To: 150
*Khai báo tọa độ vạch
Chọn “new quantity”
Trong h1p “select quantity” điền v:o tên đại lượng mới “tọa d1 vạch”
Chọn “formula” điền công thức chỉ mối liên h@ đại lượng mới với các đại lượng cũ:
(n-1)*0.1
Trong “symbol” x: Unit: mm From: 0 To: 30
*Chọn hiển thị đồ thị I - x
Trong “setting” chọn ‘display”
Chọn “new display”
Trong h1p “select display” ghi tên đồ thị I – x
Trong X – Axis chọn x v: Y – Axis chọn I
5. Vn từ từ panme P để dịch chuyển khe hở c'a c;m biến quang đi@n QĐ để cho 3 ch0m đr nh0t
trên m:n lần lượt chui v:o khe hở, bắt đầu từ ch0m đr thứ 1 bấm F9 để bắt đầu đo, mỗi lần chỉ
dịch chuyển m1t kho;ng nhr bằng 0,1mm ứng với 10 vạch trên panme, với mỗi lần dịch chuyển
3
h@ vân nhiễu xạ 10 vạch thì lại b0m F9, ta vẽ được đồ thị phân bố cường đ1 sáng c'a ;nh nhiễu
xạ ứng với các cực đại chnh nằm giữa hai cực tiểu chnh bậc nh0t.
Chú ý: mỗi lần phải dịch chuyển hệ vân thật chính xác 10 vạch th# sau đD phép đo khoảng
cách giữa các đFnh sáng mới chính xác.
Để đọc các giá trị toạ đ1 đỉnh sáng trung tâm (thứ 0) v: 2 đỉnh sáng thứ
1 thì b0m chu1t v:o
vị tr đỉnh cần xác định, trên m:n hình 2 c1t số li@u x(mm) v: I(Cd) hi@n ra m1t ô đánh d0u ở c1t
I, nhìn sang c1t x bên cạnh đọc v: ghi số li@u vị tr các đỉnh sáng đ+ rồi l:m tnh trừ để tìm
kho;ng cách a từ đỉnh cực đại trung tâm (thứ 0) đến 2 đỉnh cực đại bậc nh0t (thứ
1).
Đo và ghi các số liệu sau đây vào bảng:
- Kho;ng cách L từ m:n ;nh trên mt c;m biến quang đi@n đến mt cách tử hay th0u knh h1i
tụ đt ngay sát cách tử.
- Kho;ng cách a từ đỉnh cực đại trung tâm (thứ 0) đến 2 đỉnh cực đại bậc nh0t trên đồ thị.
Gọi
l: g+c nhiễu xạ ứng với cực đại chnh bậc nh0t, vẽ hình suy raˆ:
sin
III. Câu hỏi kiểm tra
1. Định nghĩa hi@n tượng nhiễu xạ ánh sáng. Hi@n tượng nhiễu xạ thể hi@n b;n ch0t gì c'a ánh
sáng? Tại sao?
2. Định nghĩa cách tử. Viết công thức cho cách tử. Phân bi@t ;nh nhiễu xạ qua lỗ tròn, qua 1 khe
v: qua cách tử. Điều ki@n cực đại chnh v: cực tiểu chnh. Số lượng cực đại chnh giữa 2 cực tiểu
chnh bậc 1.
3. Nguyên lý đo cường đ1 sáng trong b:i th nghi@m? Chứng minh công thức tnh bước s+ng ánh
sáng trong b:i th nghi@m n:y.
4
Báo cáo th nghi@m
Khảo sát sự nhiễu xạ của chùm tia laser qua cách tử phẳng
Xác định bước sóng của tia laser
Xác nhận c'a th:y giáo
Trường
Lớp ...................Tổ .....................
Họ tên .........................................
I. Mục đích thí nghiệm
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
II. Kết quả thí nghiệm
Chu k, cách tử: d = 0,17 mm hoc d = 0,125 mm
Vị tr cách tử (= vị tr th0u knh sát cách tử):
Vị tr m:n:
Vị tr đỉnh sáng trung tâm:
Vị tr đỉnh sáng thứ 1:
Vị tr đỉnh sáng thứ -1:
Tnh kho;ng cách từ cách tử ( = vị tr th0u knh sát cách tử) đến m:n quan sát: L =
Tnh kho;ng cách a từ đỉnh cực đại trung tâm đến 2 đỉnh cực đại bậc nh0t v: viết v:o b;ng:
Lần đo a
.a d
L
Lần 1
Lần 2
Lần 3
Trung bình
(laser kh He-Ne m:u đr)
(laser bán dn m:u đr)
5