Особенности получения дифракционных изображений

При работе с полупроводниковым лазером следует учитывать, что по координате Y имеется неоднородность распределения интенсивности излучения в пучке, вызванное дифракцией на р-п -переходе.

Также загрязнение поверхности приемной матрицы (пылинки и пр.) приводит к появлению дополнительных локальных искажений изображения (см. рис. 14). Поэтому следует тщательно выбрать анализируемую строку в кадре изображения (положение горизонтальной линии перекрестью курсора.

Рис. 14. Выбор строки изображения для анализа

При работе со щелью переменной ширины следует установить требуемую ширину а с помощью микрометрического винта с учетом поправки: а =А-А₀, где А - отсчет по лимбу, А₀ - поправка.

Ниже на рис.15 приведены примеры визуализируемых изображений при увеличении ширины щели а.

Рис. 15. Дифракционные изображения от щели переменной ширины
с соответствующим графиком распределения интенсивности по строке
(1—>8 ширина щели возрастает).

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.

Рис. 17. Дифракционные изображения от структур №№ 1-16 ряда С объекта МОЛ-1

Приложение 5.

Модульный учебный комплекс ЛКО-1

Техническое описание

Лабораторные комплексы по оптике ЛКО-1 и ЛК0-1А предназначены для постановки лабораторных, работ по оптике в физическом практикуме вузов, колледжей, лицеев и школ. Позволяют изучать закономерности геометрической оптики, фотометрии, интерференции, дифракции, поляризации, а также их применение к решению измерительных задач. Совместно с модулями расширения МРО-1, МРО-2 и МРО-3 реализуют работы по интерферометрии, акустооптике и фотоупругости.

Комплексы серии ЛКО-1 обеспечивают постановку лабораторных работ по темам базового каталога, отмеченным знаком "+":

ЛК0-1А ЛКО-1

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

1. Измерение преломляющих углов клина и призмы + +

2. Измерение показателей преломления твердых тел + +

3. Измерение показателей преломления жидкостей + +

4. Фокусные расстояния и увеличения линз + +

5. Моделирование проекционного микроскопа + +

6. Визуализация к анализ стоячей ультразвуковой волны

ФОТОМЕТРИЯ

7. Расходимость пучка и сила света лазера + +

8. Интенсивность в сферической волне + +

9. Преобразование силы света линзами + +

10. Закон Бугера. Показатель поглощения раствора +

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

11. Опыт Юнга. Закономерности интерференции + +

12. Бипризма Френеля. Измерение длины волны света + +

13. Кольца Ньютона. Измерение кривизны поверхности +

14. Интерференция при отражении от пластины + +

15. Полосы равного наклона + +

16. Интерференция частично когерентного света:

16.А. Оценка длины когерентности по числу полос +

16.Б. Определение предельного размера источника +

16.В. Оценка радиуса когерентности с помощью опыта Юнга +

16. Г. Локализация полос, интерференции +

ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ

17. Изучение интерферометра Майкельсона или Маха-Цендера

18. Оценка длины когерентности излучения лазера + +

19. Оценка радиуса когерентности излучения лазера

20. Измерение малых деформаций и модуля Юнга

21. Измерение показателей преломления пластин + +

22. Измерение показателя преломления воздуха

ДИФРАКЦИЯ

23. Закономерности дифракции. Пределы геом. оптики + +

24. Дифракция на крае экрана + +

25. Дифракция Френеля на различных препятствиях + +

26. Дифракция Фраунгофера на различных препятствиях + +

27. Разрешающая способность линзы + +

28. Одномерные и двумерные дифракционные решетки + +

29. Измерение длины волны света в веществе + +

30. Дифракция света на ультразвуке

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

31. Поляризатор и анализатор. Закон Малюса + +

32. Угол Брюстера. Измерение показателей преломления + +

33. Эллиптическая поляризация + +

34. Искусственная оптич. анизотропия (фотоупругость)

35. Естественное вращение плоскости поляризации + +

36. Магнитное вращение плоскости поляризации +

ДИСПЕРСИЯ. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

37. Дисперсия стеклянной призмы +

38. Спектральные параметры дифракционной решетки

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Источники излучения:

1.Одномодовый гелий-неоновый лазер

длина волны 0,6328 мкм

мощность 1-3 мВт

Лампа накаливания, 8В, 60 мА (в ЛК0-1А и МРО-4)

Комплект светодиодов, 4шт. (в ЛК0-1А и МРО-4)

Напряжение питания комплекса 220 В, 50 Гц

Потребляемая мощность 60 Вт

Габаритные размеры 0.80X0,30X0,36 м

Масса комплекта 4 0 кг

3. СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ

Комплексы ЛКО-1 содержат три уровня организации, отвечающих методической целесообразности, и выделенных конструктивно:

- оптическая база, обеспечивающая создание и разводку оптического излучения, размещение функциональных модулей на оптической оси установки с перемещением вдоль оптической оси, размещение вспомогательных и неиспользуемых узлов, электропитание;

- набор функциональных модулей, обеспечивающий необходимые преобразования лазерного пучка, регистрацию излучения, установку и перемещение исследуемых объектов в пучке излучения;

- набор изучаемых объектов, обеспечивающий наблюдение и изуче­ние оптических явлений.

СОСТАВ КОМПЛЕКСОВ ЛКО-1 И ЛКО-1А И комплекта МРО-4

Поз. НАИМЕНОВАНИЕ "Количество

ЛКО-1А -1 МРО4

1. Каркас с полкой 1 1 -

2. Блок питания и управления 1 1 -

3. Оптическая скамья (рельс) со шкалой 1 1 -

4. Лазер гелий-неоновый одномод., тип ГН-3 Р = 2мВт 1 1 -

5. Фотоприемник ИСФ-1 1 1 -

6. Модуль 1 - зеркало нижнее 1 1 -

7. Модуль 2 - зеркало верхнее (на рейтере) 1 1 -

8. Модуль 3 - микропроектор (f = +15мм) 11-

9. Модуль 5 - конденсор (f = +12мм) с экраном 1 1 -

10. Модуль 6 - объектив (f = +100….120 мм) 1 1 -

11. Модуль 7 - отражатель- 1-1

12. Модуль 8 - кассета в двухкоординатном держателе 1 1 -

13. Модуль 10 - кассета в поворотном держателе 1 1 -

14.

15. Модуль 12 - поляризатор в поворотном держателе 2 2 -

16. Модуль 13 - стол поворотный 1 1 -

17. Модуль 21 – осветитель - - -

19. Модуль 28 - блок светофильтров - - -

20. Модуль 29 - окуляр-микрометр с держателем 1 - 1

21. Красный фонарь-светодиод КФ (624 нм) 1 - 1

22. Желтый фонарь-светодиод ЖФ (589 нм) 1 - 1

23. Зеленый фонарь-светодиод ЗФ (522 нм) 1 - 1

24. Синий фонарь-светодиод СФ (470 нм) 1 - 1

24. Белый фонарь-лампа БФ (12В, 6 5 мА) 1 - 1

25. Набор объектов в коробках 1 1 -

27. Комплект ЗИП 1 1 -

28. Паспорт и техническое описание ЛКО-1А/ЛКО-1/МРО-4 1 l l

29. Учебное пособие "Модульный оптический практикум" 1 1 -

КОМПЛЕКТ МОДУЛЕЙ РАСШИРЕНИЯ МРО-5

30. Модуль 27 - соленоид (число витков N = ) 1 - -

Блок питания соленоида N: 1 - -

Паспорт и техническое описание МРО-5 1 - -

НАБОР ОБЪЕКТОВ

Набор объектов включает оптические элементы, установленные в прямоугольных экранах, на которых нанесен номер объекта. Некоторые объекты (кюветы) используются без экранов.

Номер Количество

№	Содержание	ЛКО 1А	ЛКО	МРО
2.	Шкала прямоугольная 1,00 мм			-
4.	Пластина стекл. плоскопаралл., толщина 1,1 мм			-
5.	Пластина стекл. плоскопаралл., толщина 4,8 мм			-
6.	Пластина пласмассовая, толщина 4,0 мм			-
7.	Клин стеклянный, угол = 2,0 градусов			-
8.	Призма крон 60°			-
9.	Призма флинт 60°			-
11.	Бипризма			-
12.	Линза f = +(300 - 500)мм			-
13.	Линза f = +(25 - 30)мм			-
14.	Линза f = -(150-300)мм			-
15.	Диск 2,0 мм			-
16.	Зонная пластинка			-
17.	Сложная фигура			-
18.	Круглое отверстие 1,0 мм			-
19.	Круглое отверстие 2,0 мм		ь	-
20.	Квадратное отверстие 2*2 мм			-
21.	Прямоугольное отверстие 1*2 мм			-
	Треугольное отверстие			-
23.	Щель 0,5 мм			-
24.	Щель 1,0 мм			-
25.	Щель раздвижная	-	-	-
25М	Щель раздвижная микрометрическая			-
26 .	Диафрагма 0,5-5 мм	-	-
27 .	Две щели, шаг d = 1,0 мм			-
28 .	Две щели, шаг 2,0 мм			-
29 .	Три щели, шаг d = 1,0 мм			-
	Четыре щели, шаг d = 1,0 мм			-
31.	Решетка линейная, шаг d = 0,3 мм			-
32 .	Решетка линейная, шаг d = 0,6 мм			-
33 .	Решетка квадратная			-
3 4..	Решетка прямоугольная			-
35.	Решетка косоугольная			-
36.	Решетка хаотическая		1'	-
37 .	Поляризатор			-
38.	Фотодатчик диодный	-	-	-
39 .	Кристаллическая пластина (слюда)			-
	Кристаллическая пластина	-	-	-
	Кристаллическая пластина	-	-	-
	Линза-насадка	-	-	-
43 .	Кювета 120 мм для газов (в составе модуля 14)	-	-	-
44 .	Кювета 120 мм для жидкостей			-
46 .	"Кольца Ньютона"		-
47 .	Матовое стекло		-
48.	Кювета 10 мм		-	-
49 .	Кювета 20 мм		-	-
50.
51.	Брусок стеклянный (в сост. мод. 3 2 "Фотоупругость")	-	-	-

КОМПЛЕКТ ЗИП

Комплект содержит запасные шкалы на липкой пленке.

4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Общий вид установки ЛКО-1 (ЛКО-1А) приведен на рис.1. Обозначения позиций на рисунке соответствуют номерам элементов установки в перечне состава изделия (стр. 3).

Рис. 1. Лабораторный оптический комплекс ЛКО-1 (ЛКО-1А)

ОПТИЧЕСКАЯ БАЗА

Каркас установки состоит из двух боковин 1.1, стянутых оптической скамьей 3, плитой-основанием и задней стенкой. В полости каркаса размещены коробки с объектами. Оптическая скамья 3, состоит из двух рельс со шкалой с ценой деления 2 мм. Оптическая ось установки расположена симметрично относительно оптической скамьи на высоте 45 мм от верхнего края рельс. На рельсах устанавливается на рейтере верхнее зеркало (модуль 2, поз.7). На правой боковине каркаса установлена клемма заземления.

Лазер подвешен под оптической скамьей. Излучение лазера выводится на оптическую ось с помощью зеркал модуля 1 и модуля 2, С помощью отражателя модуля 3 исследуемое излучение направляется на экран, расположенный на задней стенке каркаса.

В полости каркаса размещена сеть электропитания, подключенная к блоку питания установки. Питание выведено на четыре разъема типа СГ-5, два - вблизи боковой стенки каркаса и два - у задней стенки, Назначение контактов разъемов:

1- сигнал фотоприемника;

2- общий

3- питание "+12В" (питание лазера и фоторегистратора)

3- питание " -" полупроводникового лазера (выход регулятора тока)

3- питание "-15В"

Еще один разъем, обозначенный "ИСТ. ПИТ." с таким же назначением контактов установлен на панели блока питания. Одноименные контакты разъемов соединены параллельно. К одному из разъемов подключается полупроводниковый лазер, к другому - фоторегистратор.

Блок питания занимает левую часть полости под оптической скамьёй. На панели блока (рис.2) помещён разъём питания, обозначенный "ИСТ. ПИТ", реостат, обозначенный "ТОК", и два гнезда питания фонарей, обозначенные "ФОНАРЬ", с указанием полярности. Реостат регулирует ток лазера в пределах 0-80 мА и ток питания фонарей, при этом максимуму тока лазера отвечает минимум тока подключённого к соответствующим гнёздам фонаря.

Рис. 2. Блок питания

На той же панели размещены сетевые предохранители на 1 А и тумблер включения питания "СЕТЬ". Кабель сетевого питания вставляется через отверстие в задней стенке каркаса и подключается к разъёму на задней стенке блока питания.

Правую часть полости под оптической скамьёй в ЛКО-1 и ЛКО-IА занимает блок питания газового лазера с единственным органом управления - тумблером включения газового лазера.

На задней стенке каркаса помещён экран 1.4. Он содержит шкалу длиной 73 см с ценой деления 1 мм. Ноль шкалы экрана расположен напротив ноля линейки оптической скамьи (смещение не более 1 мм). Над шкалой изображены два визирных креста с координатами 13,0 и 70,0 см, используемые при настройке установки. Центры крестов находятся, на уровне оптической оси установки.

На рис. 3 показана схема вывода излучения лазера 4. на оптическую ось установки.

Рис. 3. Схема вывода излучения лазера

Пучок излучения вначале отражается от грани призмы 6.1 модуля 1, затем от зеркала 7.1 модуля 2. Призма 6.1 установлена на поворотном кронштейне 6.3 и поворачивается рукояткой 6.2., выведенной через панель блока питания (поз. 6.2 на рис.2). При вращении ручки (перемещении выведённого конца вверх-вниз) точка А ввода луча смещается по горизонтали. При перемещении рейтера с установленным на нём модулем 2 по оптической скамье (стрелки Б-Б на рис.3) точка А ввода луча смещается по вертикали. При повороте зеркала 7.1 с помощью винта 7.2 луч поворачивается в вертикальной плоскости. При повороте кронштейна 7.4 с помощью рукоятки 7.3 луч поворачивается в горизонтальной плоскости. Таким образом, достигается требуемое положение и направление луча. Грубую настройку рукояткой 7.3 уточняют винтом плавной настройки 7.5 (рис.4).

Осветитель с мощной лампой накаливания (5-20 Вт) поставляется по заказу и устанавливается на боковине каркаса (рис.4).

Рис 4. Модуль 2 «3еркало верхнее» и модуль 21 «Оветитель»

1 корпус осветителя;

2 - винт для смещения лампы при фокусировке;

3 - винты смещения пучка света на выходе фонаря,

4 - кассета для светофильтров.

Верхнее зеркало на рис. 4 показано в положении для вывода излучения лазера на оптическую ось установки. Для вывода излучения осветителя на оптическую ось установки нужно рукоятку 7.3 верхнего зеркала (модуля 2) повернуть в горизонтальное положение.

В кассету 4 устанавливается модуль 28 «Блок светофильтров»

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ

Функциональные модули размещены в держателях и установлены на рейтерах. Рейтеры обеспечивают установку модулей на оптической скамье и перемещение модулей вдоль оптической скамьи. Держатели обеспечивают юстировочные перемещения модулей. Номера модулей нанесены на их корпусах.

Рис. 5. Двухкоординатный держатель

Рис. 6. Поворотный держатель

Двухкоординатный держатель (рис.5) состоит из корпуса 1 и обоймы 2, удерживаемой плоской пружиной 3 и перемещаемой двумя винтами 4 и 5 в пределах 2 мм от среднего положения по горизонтали и по вертикали. Корпус закреплен на рейтере 6. Обойма может поворачиваться на произвольный угол вокруг горизонтальной оси (оптической оси установки). Такие держатели имеют модули 5, 6, 8.

Поворотный держатель (рис.6) состоит из корпуса 1 и обоймы 2, соединенной с круговой шкалой 3. Поворот обоймы вокруг оси О-О производится рукояткой 4. Отсчет угловых координат производится по основной шкале 3 (цена деления 2º) и нониусу 5 (цена деления 0,5º). Рычаг 6 поворачивают до совпадения его горизонтальной риски с одним из делений основной шкалы и снимают отсчет по основной шкале. К полученному значению прибавляют отсчет по нониусу. Таким методом можно снимать отсчеты с разрешением 0,1º при погрешности порядка 0,2º. Углы поворота определяют как разности угловых координат.

Для введения модуля в оптическую схему следует поставить соответствующий рейтер на оптическую скамью. При необходимости рейтер может быть закреплен на оптической скамье винтом.

На рейтерах нанесены риски, определяющие положение характерных точек модулей и позволяющие определять координаты этих точек по шкале оптической скамьи.

МОДУЛЬ ПОЛОЖЕНИЕ РИСКИ

М3. Микропроектор Объектная плоскость линзы микропроектора,

она же - плоскость размещения объектов в кассете (плоскость F на рис.8).

М5. Конденсор Фокальная плоскость линзы, она же – плос-

кость экрана.

М6. Объектив Плоскость расположения объектива (тонкая

линза)

М8, М10. Кассеты Плоскость размещения объектов в кассетах.

М13. Стол поворотный Положение центра стола (место

размещения объектов)

МОДУЛЬ 3 (микропроектор, рис.7) предназначен для наблюдения на экране установки мелкомасштабных распределений интенсивности и изучаемых объектов, а также для измерения размеров объектов и распределений интенсивности.

На рис.8 приведен вид сверху на этот модуль, установленный на оптической скамье 2. Объекты или распределения интенсивности, расположенные в объектной плоскости F кассеты 1, изображаются линзой 3 на экране 6. Необходимый для этого поворот пучка осуществляется отражением от зеркала 8, закрепленного на кронштейне 9. Риска 4 указывает положение объектной плоскости F.

Оправа линзы перемещается винтом с отсчетным барабаном 5, при этом изображение объекта перемещается по экрану 6. Перемещение (сканирование) изображения мимо окна фотодатчика позволяет измерить распределение интенсивности в изображении. Для этого по шкале 10 на корпусе модуля (целые деления) и шкале 5 отсчетного барабана (десятые и сотые доли деления) определяют координату нужной точки изображения в делениях шкалы. Снятие отсчета ясно из рис.8. Цену деления (приблизительно 1 мм) определяют с помощью калибровочной сетки. Для наблюдений в прямом пучке кронштейн 9 с зеркалом можно снять, отвернув два винта 7.

Рис. 7. Модуль 3 - микропроектор

Рис. 8. Схема микропроектора. Работа со шкалами (отсчет 1,26 дел.)

Расстояние b = 30 мм полезно знать при “нацеливании” изображения на нужную точку экрана с соблюдением перпендикулярности отраженного пучка по отношению к оптической оси. Общая длина “ломаного” луча от линзы микропроектора до экрана определяется конструкцией установки и равна 300 мм.

Рис. 9. Модуль 5 – конденсор

МОДУЛЬ 5 (конденсор, рис.9) содержит короткофокусную линзу 1 и экран 2, расположенный в фокальной плоскости линзы и установленный посредством обоймы З в двухкоординатном держателе 4. На экране нанесена двухкоординатная шкала 5. Пучок лазерного излучения собирается в фокусе линзы F формируя точечный источники в плоскости экрана.

Рис. 10. Модуль 6 – объектив

Модуль 6 (объектив, рис.10) содержит тонкую линзу с фокусным расстоянием +100 мм в двухкоординатном держателе. Предназначен для формирования пучков излучения (как правило, совместно с модулем 5) и для опытов по геометрической оптике.

Рис.11

МОДУЛЬ 8 (рис.11) содержит кассету для установки экранов с изучаемыми объектами в двухкоординатном держателе.

МОДУЛЬ 10 (рис.12) содержит кассету, а МОДУЛЬ 12 (рис.13) - поляризатор, которые могут поворачиваться вокруг оптической оси установки. Плоскость поляризатора (т.е. плоскость колебаний вектора Е излучения, прошедшего через поляризатор) установлена параллельно направлению рукоятки 1 шкалы поворотного держателя.

Рис. 14

МОДУЛЬ 13 (Стол поворотный, рис 14) предназначен для установки объектов с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, а также для отсчета угловых координат и углов поворота. Поворот стола производится ручкой 1, отсчет угловых координат производится по основной шкале 2 (цена деления 2º) и нониусу 3 (цена деления 0,5º). Рычаг 4. поворачивают до совпадения его вертикальной риски с одним из делений основной шкалы и снимают отсчет по основной шкале, к полученному значению прибавляют отсчет по нониусу. Углы поворота определяются как разности угловых координат. Винтом 5 регулируют наклон платформы стола и установленного на столе объекта.

Рис.15. Модуль 27. Соленоид.

Рис.16. Модуль 7. Отражатель.

1 - стойки с пазами для объектов; 3 - поворотный держатель зеркала;

2 зеркало полупрозрачное; 4 - рейтер.

МОДУЛЬ 7 (отражатель, рис.16) содержит полупрозрачное или “глухое” зеркало, поворачиваемое вокруг вертикальной оси, и спаренный держатель объектов. Модуль обеспечивает вывод излучения перпендикулярно оптической скамье для удобства наблюдения, а также немного удлиняет оптическую скамью за счет излома луча. При использовании полупрозрачного зеркала (в комплексах ЛКО1А) модуль позволяет совмещать два изображения.

Рис. 17. Окуляр-микрометр с держателем

Окуляр-микрометр (рис.17) предназначен для наблюдения с увеличением и для измерения координат объектов, изображаемых в объектной плоскости В-В, совмещённой со шкалой и подвижным визиром. Изображения рассматривают через линзу-лупу 3, фокальная плоскость которой близка к плоскости В-В. Координаты визира отсчитываются по шкале и отсчётнону барабану с разрешением 0,01 мм. согласно инструкции по эксплуатации прибора.

Корпус 1 прибора установлен на держателе 2, с помощью которого прибор можно закрепить в функциональном модуле. Расстояние плоскости В-В от плоскости А-А отсчета координат держателя (рис.17) с₄ = мм. При установке окуляр-микрометра в модуле 7 (рис.18) для определения координаты объектной плоскости В-В в общей оптической схеме нужно знать расстояние с₅ = 68 мм.

Рис.18. Окуляр-микрометр, установленный в отражателе

Для проведения опыта Юнга и опытов с бипризмой с источником белого света окуляр-микрометр можно также установить на правой боковине каркаса ЛКО-IА (рис.19). Две возможные ориентации окуляр-микрометра позволяют измерять горизонтальные или вертикальные координаты.

МОДУЛЬ 4 - фоторегистратор (рис.19) предназначен для измерений распределений интенсивности. В корпусе 1 помещён фотодатчик с усилителем фототока и цифровым вольтметром. Окно 2 датчика (щель размерами 0,3х4 мм) находится на передней панели 3 прибора в центре визирного креста. На боковой стенке установлен разъём питания 4 типа СГ-5 и тумблер 5 переключения режимов работы. Прибор подключается к разъёмам питания в полости каркаса установки с помощью кабеля с двумя разъемами СШ-5. С помощью штырей на задней стенке корпуса фоторегистратор подвешивают на задней стенке каркаса установки (штыри вставляют в отверстия в стенке), при этом окно фотодатчика оказывается на уровне оптической оси установки.

Тумблер переключения режимов имеет два положения. При верхнем положении рукоятки (режим фоторегистратора) цифровой дисплей фоторегистратора показывает ток фотодатчика с разрешением 0,5 нА. Этот ток пропорционален световому потоку, падающему на окно датчика. Усиленный сигнал фотодатчика с коэффициентом 2мВ/нА выводится на контакт разъема.

При нижнем положении рукоятки вольтметр фоторегистратора измеряет напряжение на контакте “1” разъема с разрешением 1 мВ. На этот контакт можно подать напряжение от дополнительного фотодатчика или иного источника сигнала.

Рис. 19. Фоторегистратор

ОБЪЕКТЫ

Рис.20. Набор объектов в коробках-кассетах

Набор изучаемых объектов хранится в коробках-кассетах в полости каркаса установки. Объекты, как правило, смонтированы в экранах размерами 80х40х4 мм, которые вставляются в кассеты функциональных модулей. Номера объектов нанесены на экранах. В таблице (стр.4) приведен базовый набор объектов, являющийся частью расширенного набора, поэтому некоторые номера в перечне отсутствуют.

Большая часть объектов - тонкие пластины, пленки или линзы, расположенные в средней плоскости соответствующего экрана. При установке экрана в кассету функционального модуля эта плоскость сказывается напротив риски рейтера или иной характерной отметки на модуле. Тем самым определяется координата объекта на оптической скамье. Содержание объектов, как правило, понятно из таблицы (стр.4). Поясним некоторые из них.

ОБЪЕКТ 2 - сетка с шагом 1 мм, используется для калибровки увеличения оптических устройств.

Рис.24. Объекты 25 и 25М

Рис.23.. Объект 5.

ОБЪЕКТ 5 (рис.23) - плоскопараллельная стеклянная пластина толщиной 4-8 мм. Точное значение толщины указывается в паспорте установки или определяется студентом самостоятельно. Пластина 1 смонтирована на кронштейне 2. Ближайшая к экрану поверхность пластины находится на расстоянии l₀ = 9 мм от средней плоскости экрана 3 (это расстояние потребуется при расчетах оптических явлений).

ОБЪЕКТЫ 15 ÷ 24 и 27 ÷ 36 - пленки с определенным распределением коэффициента пропускания. Качество пленок соответствует требованиям голографии. Пленки чувствительны к механическим воздействиям, их нельзя трогать пальцами.

ОБЪЕКТЫ 25 и 25М (рис.24) - раздвижные щели. Щель 25М имеет шкалу с ценой деления 0,05 мм, по которой можно снимать “на глаз” отсчеты с разрешением и погрешностью 0,01 мм.

ОБЪЕКТ 39 - пластина слюды толщиной 30-60 мкм (точное значение приведено в паспорте или определяется студентом). В плоскости пластины находятся две главные оси кристалла, соответствующие показателям преломления n₁ = 1,590, n₂ = 1,594

ОБЪЕКТЫ 40 и 41 - кварцевые пластинки, толщина d которых определяется условием или при этом мм, что соответствует . В базовом наборе эти объекты, как правило, отсутствуют.

ОБЪЕКТ 43 - кювета для газов, в которую ввёрнуты две короткие трубки (штуцеры) для подключения к пневмоблоку при измерении показателя преломления воздуха. Защитные стекла (окна кюветы) имеют резиновые уплотнения, обеспечивающие герметичность кюветы. Длина воздушного столба - 120 им.

ОБЪЕКТ 44 - кювета для жидкостей. Предназначена для изучения оптических явлений при прохождении света через жидкость длина столба жидкости - 120 мн.

Для заполнения жидкостью отворачивают крышку кюветы, снимают защитное стекло и наливают жидкость так, чтобы получить слегка выпуклый мениск. Затем, кладут стекло на мениск и завинчивают крышку. Таким методом удается заполнить кювету без воздушных пузырей. Излишки жидкости вытирают - чистой салфеткой.

ОБЪЕКТЫ 48 и 49 - кюветы для жидкости с толщиной слоя жидкости соответственно 10 и 20 мн. Предназначены для измерения показателя преломления жидкостей, а также для измерения показателя поглощения растворов путем сравнения интенсивности света, прошедшего через слои жидкости разных толщин.

Суммарная толщина двух стеклянных окон кюветы мм.

ОБЪЕКТ 45 - свободный экран, в который студент может установить интересующий его объект. Белая наклейка служит экраном при наблюдениях в прямом пучке лазера.

ОБЪЕКТ 46 - “Кольца Ньютона” (рис.25) содержит сложенные вместе плоскую пластину 1 и линзу 2 с выпуклой поверхностью большого радиуса (около 3м). Вблизи точки контакта поверхностей в отражённом свете невооруженным глазом наблюдается интерференционное пятно, состоящее из нескольких колец. Это пятно должно находиться приблизительно в середине окна объекта. При необходимости пятно перемещают, отпуская или слегка затягивая юстировочные винты 3. При этом нужно следить, чтобы поверхности оставались в контакте, и в то же время не создавалось значительное усилие прижатия, вызывающее чрезмерную деформацию поверхностей, определяемую по отклонению формы интерференционных колец от круговой.

Рис. 25. Объект 46. “Кольца Ньютона”

ФОНАРИ

Применяются для исследования некогерентного излучения и для экспериментов по геометрической оптике.

Рис. 26. Фонарь с лампой накаливания.

1 - корпус-экран (А-А плоскость отсчета координат); 2 - тубус; 3 - лампа СМН-8; 4 - резистор R ограничения тока или перемычка; 5 – насадка. Нить накала смещена на расстояние с₁ = 4мм от плоскости А-А.

Рис 27. Фонарь со светодиодом

1 - корпус-экран (А-А - плоскость отсчета координат; 2 - тубус; 3 - светодиод;

4 - резистор R ограничения тока; 5 – насадка. Мнимый источник смещен на расстояние с₂ = 4мм от плоскости А - А.

Фонарь с лампой накаливания (рис.26) смонтирован на экране размерами 40х80х4 мм. Нить накала параллельна длинной стороне экрана. На тубус 2 надеваются насадки. При установке фонаря в функциональном модуле плоскость отсчета координат А-А оказывается напротив риски или характерной точки модуля, по которой отсчитываются координаты по шкале оптической скамьи. Для определения координаты нити накала нужно учесть её смещение с₁ = 4мм от плоскости А-А.

Фонарь со светодиодом (рис. 27) смонтирован на экране размерами 40х80х4 мм. Излучающая область имеет квадратное сечение, параллельное плоскости экрана. Внешний наблюдатель видит мнимое изображение этой области в линзе, образованной монолитным пластмассовым корпусом диода. При установке фонаря в функциональном модуле плоскость отсчета координат А-А оказывается напротив риски или характерной точки модуля, по которой отсчитываются координаты по шкале оптической скамьи. Для определения координаты источника нужно учесть его смещение с₂ = 4мм от плоскости А-А.

Излучающая область красного и желтого светодиодов имеет резко очерченные границы (квадрат) и тёмную точку в центре (место ввода тока). Эту область можно использовать как эталонный объект для отсчета координат изображения (по краю области или по тёмной точке) и для измерения увеличения оптических систем (по разности координат изображений двух границ области).

Фонари с лампой накаливания или светодиодами подвешиваются на борт каркаса или устанавливаются в держателях на рейтерах. Через кабель с разъемом типа СШ-5 фонари подключаются к блоку питания. Назначение контактов разъемов фонарей показано на рис. 26÷27. Ток фонарей регулируется ручкой « ». Одновременно могут работать два фонаря.