Diffraktion och interferens

Relevanta dokument
Diffraktion och interferens

Diffraktion och interferens

Diffraktion och interferens

Ljusets böjning & interferens

Ljusets böjning & interferens

Kapitel 36, diffraktion

Böjning. Tillämpad vågrörelselära. Föreläsningar. Vad är optik? Huygens princip. Böjning vs. interferens FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Ljudhastighet (vätska & gas) RT v M Intensitet från en punktkälla P I medel 2 4 r Ljudintensitetsnivå I 12 2 LI 10lg med Io 1,0 10 W/m Io Dopplereffek

Laborationer i OPTIK och AKUSTIK (NMK10) Augusti 2003

Diffraktion... Diffraktion (Kap. 36) Diffraktion... Enkel spalt. Parallellt monokromatiskt ljus gör att skuggan av rakbladet uppvisar en bandstruktur.

Ljusets diffraktion (170310)

5. Elektromagnetiska vågor - interferens

Geometrisk optik. Syfte och mål. Innehåll. Utrustning. Institutionen för Fysik

Vågrörelselära och optik

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Laboration i Geometrisk Optik

Interferens och diffraktion

Laboration 1 Fysik

(ii) Beräkna sidoförskjutningen d mellan in- och utgående strålar, uttryckt i vinklarna θ i och tjocklekar t i. (2p)

FAFA55 HT2016 Laboration 1: Interferens av ljus Nicklas Anttu och August Bjälemark, 2012, Malin Nilsson och David Göransson, 2015, 2016

Elektromagnetiska vågor (Ljus)

Ljusets böjning och interferens

Ljusets interferens. Sammanfattning

Vågrörelselära och optik

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 hp, FK4009 Torsdagen den 21 augusti 2008 kl 9-15

Ljusets böjning & interferens

Interferens och diffraktion

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

Ljusets diffraktion (180308)

Handledning laboration 1

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

E-I Sida 1 av 6. Diffraktion på grund av spiralstruktur (Total poäng: 10)

Gauss Linsformel (härledning)

Diffraktion och interferens

Tentamen i Fotonik , kl

Kapitel 35, interferens

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK december 2011

Diffraktion och interferens

FAFF Johan Mauritsson 1. Föreläsningar. Våglära och optik. Världens minsta film. Projekten

Luft. film n. I 2 Luft

Chalmers tekniska högskola och Oktober 2007 V1, V2. Projektlaborationer

LJUSETS DIFFRAKTION. 1 Inledning. Ljusets diffraktion

Ljudets och ljusets böjning och interferens

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Interferens och difraktion

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

I 1 I 2 I 3. Tentamen i Fotonik , kl Här kommer först några inledande frågor.

Interferens och diffraktion

Hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Physics Handbook, Mathematics Handbook.

1 Figuren nedan visar en transversell våg som rör sig åt höger. I figuren är en del i vågens medium markerat med en blå ring prick.

Hjälpmedel: Grafritande miniräknare, gymnasieformelsamling, linjal och gradskiva

interferens och diffraktion

ett uttryck för en våg som beskrivs av Jonesvektorn: 2

Final i Wallenbergs fysikpris

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Tentamen i Våglära och optik för F

Uppgift 1. Bestämning av luftens viskositet vid rumstemperatur

Chalmers tekniska högskola och April Fysik och teknisk fysik Christian Karlsson

Experimentella metoder 2013, Räkneövning 3

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 11. juni 2010

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

OBS: Alla mätningar och beräknade värden ska anges i SI-enheter med korrekt antal värdesiffror. Felanalys behövs endast om det anges i texten.

Halogenlampa Spektrometer Optisk fiber Laserdiod och UV- lysdiod (ficklampa)

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t 2π T x. s(x,t) = 2 cos [2π (0,4x/π t/π)+π/3]

Går det att göra vitt ljus koherent?

1. Ge en tydlig förklaring av Dopplereffekt. Härled formeln för frekvens som funktion av källans hastighet i stillastående luft.

Dopplerradar. Ljudets böjning och interferens.

E-II. Diffraktion på grund av ytspänningsvågor på vatten

Övning 9 Tenta från Del A. Vägg på avståndet r = 2.0 m och med reflektansen R = 0.9. Lambertspridare.

LABORATION 1 AVBILDNING OCH FÖRSTORING

Materiel: Kaffeburk med hål i botten, stoppur, linjal, vatten, mm-papper.

Assistent: Markku Jääskeläinen Laborationen utfördes: 23 februari 2000

Kursiverade ord är viktiga begrepp som skall förstås, kunna förklaras och dess relevans i detta sammanhang skall motiveras.

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

Laboration i röntgendiffraktion och laserdiffraktion för E

Optik, F2 FFY091 TENTAKIT

Experimentell deltävling 7 juli Allmänna instruktioner

Kikaren. Synvinkel. Kepler och Galileikikare. Vinkelförstoring. Keplerkikaren. Keplerkikaren FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1

Elektromagnetism (TFYA86) LJUSVÅGOR

Övning 9 Tenta

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Tentamen i Fotonik , kl

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

1 AKUSTIK Håkan Wennlöf, I = P A m 2 P effekt, A arean effekten är spridd över (ofta en sfär, ljud utbreds sfärsiskt).

Repetition Ljus - Fy2!!

Tentamen i Fotonik , kl

1. a) I en fortskridande våg, vad är det som rör sig från sändare till mottagare? Svara med ett ord. (1p)

EXPERIMENTELLT PROBLEM 2 DUBBELBRYTNING HOS GLIMMER

Repetitionsuppgifter i vågrörelselära

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 15. mars 2010

Institutionen för Fysik Polarisation

Interferens (Kap. 35) Interferens (Kap. 35) Interferens mellan vågor från två punktformiga källor. Skillnad mellan interferens och diffraktion

Vågrörelselära och optik

Institutionen för Fysik Polarisation

Solar cells. 2.0 Inledning. Utrustning som används i detta experiment visas i Fig. 2.1.

Lösningar till repetitionsuppgifter

Transkript:

Diffraktion och interferens Syfte och mål När ljus avviker från en rätlinjig rörelse kallas det för diffraktion och sker då en våg passerar en öppning eller en kant. Det är just detta fenomen som gör att vi kan höra ljud bakom ett hörn. Interferensfenomenet uppkommer då två eller fler vågor överlappar varandra, baserat på superpositionsprincipen. Diffraktion är något man stöter på vid mikroskopi. Detta fenomen avgör vad man kan upplösa, alltså den minsta struktur man kan urskilja. Upplösningen (diffraktionsgränsen) hos ett mikroskop ligger på ungefär halva våglängden (~300nm). Inom biologin används röntgenkristallografi för att studera makrostrukturer hos t.ex. proteiner. Röntgenkristallografi är baserat på diffraktion av kortvågig strålning (röntgenstrålning) i proteinets struktur. Väteatomers läge i kristalliserade proteiner kan bestämmas genom diffraktion av neutroner. Laborationens syfte är att du ska lära dig att: Förstå begreppen interferens och diffraktion Teoretisk beräkna intensitetsfördelningen för enkel-, och dubbelspalt Experimentellt verifiera de teoretiskt framtagna värden för intensitetsminima Bestämma brytningsindex för vatten genom en interferensmetod Bestämma tjockleken på ett hårstrå Bestämma avståndet mellan spåren för en CD-skiva Utrustning En rörlig fotodiod för mätning av intensitetsfördening Skrivare med förförstärkare He-Ne laser Enkelspalt, dubbelspalt, gitter samt cirkulärt hål, fastsatt i diabildshållare Vit skärm Plexiglas vanna Optisk räls för fastsättning av ryttare Linjal

Moment 1. För genomförande av mätning se Bilaga - Laborationsguide 1) Ta fram intensitetsspektra för en enkelspalt (0.08 mm) och beräkna dess spaltbredd genom att använda den uppmätta intensitetsfördelningen. ) Bestäm intensitetsfördelningen som funktion av böjningsvinkeln för enkel respektive dubbelspalt. Gör detta genom att jämföra kvoten mellan centralmaxima, I 0, mot sidomaxima I 1, I, I 3. Jämför det teoretiska förhållandet mellan topparnas intensitet vid enkel respektive dubbelspalt. Skapa en tabell över detta och jämför de experimentellt uppmätta värdena mot de teoretiskt framtagna värdena. 3) För ett cirkulärt hål med diametern d, samt ljusets våglängd, gäller att första intensitetsminimum uppfyller ekvation (4), verifiera detta uttryck genom att använda den uppmätta intensitetsfördelningen. Välj hålet med diametern (0.3 mm). 4) Babinets princip säger att diffraktionsmönstret är det samma för ett ogenomskinligt hinder som för en spaltöppning av samma dimension. Mät tjockleken på ett hårstrå med diffraktionstekniken. Moment. 1) Bestäm brytningsindex för vatten genom att använda en vanna med vatten mellan lasern och fotodioden. Innan laborationen genomförs skall du beskriva hur du tänker genomföra experimentet.

Teori En utförlig del av teorin finns i kapitel 8 & 9 i boken Optics av Hecht eller kapitel 16 i boken Introduction to optics av Pedrotti. Enkelspalt Intensitetsuttrycket för Fraunhoferdiffraktion 1 i en enkelspalt ges av sin( ) I = I β 0 β, där b π sinθ β= I 0 är intensiteten vid centralmaximat, b, enkelspaltensbredd, θ, diffraktionsvinkeln och är ljusets våglängd. (1) Intensiteten har minimum då β =±π±, π,... och maximum då tanβ =β För maximum gäller då β antar värdena 1.43π,.46π, 3.47π, Figur 1. Diffraktionsmönster från en enkelspalt. 1 Fraunhofferdiffraktion innebär att ljuskällan och skärmen är placerat oändligt långt borta från diffraktionsobjektet. Detta medför att vågorna kan ses som plana, vilket även är fallet med en HeNe-laser. 3

Dubbelspalt Intensitetsuttrycket för en dubbelspalt är och sin( β ) I = I0 cos β a f = b ( ) där a = spaltavståndet för dubbelspalten. fβ, där β är samma som för enkelspalten () Jämför man uttrycken för intensitetsfördelningen i en enkelspalt och för dubbelspalten så ser vi att intensitetsfördelningen för dubbelspalten är uppbyggd av diffraktionsdelen från enkelspalten och en inteferensdel från två koherenta källor (de båda spalterna). Intensiteten kommer att ha sitt maximum då sin( ) m a θ, där m = 1,, 3, (3) Figur. Intensitetsfördelning från dubbelspalt. Cirkulärt hål För ett cirkulärt hål med diametern d, samt ljusets våglängd, gäller för första intensitetsminimum: sin θ= 1. (4) d 4

Laborationsguide - genomförande Inställning av fotodiod och skrivare 1) Kontrollera att laserstrålen är parallell med den optiska bänken genom att föra ryttare samt en spalt längs den optiska rälsen. Justera vid behov så att felet är maximalt en halv laserstrålediameter. ) Placera det objekt som skall användas, spalt, gitter eller hål på lämpligt avstånd från fotodioden. Interferensmönstret skall rymmas med god marginal inom längdskalan. 3) Justera höjden på fotodioden så att intensitetsmaximum träffar i centrum på dioden. Kör fotodioden fram och tillbaka och observera interferensmönstret. Om mönstret är snett i horisontalled innebär det att spalten är snett fast satt, justera. 4) Placera fotodioden i centralmaximum av interferensmönstret. Slå på strömmen till skrivaren utan att mata papperet. Justera mätområdet (V) på skrivaren så pennan når precis under maximalt utslag, håll för laserljuset och nolljustera nivån så att pennan ligger i linje med noll på papperet. 5) För att man skall kunna översätta en viss sträcka på skrivaren till den verkliga sträcka som fotodioden har rört sig måste man ta fram en konverteringskonstant. Detta gör man enklast genom att mäta den sträcka som fotodioden har rört sig och samtidigt mäter den sträcka som skrivaren har ritat. Skanning av interferensmönster 1) Skanna av centralmaximum och notera er förstärkning ) Byt mätområde på skrivaren så att första sidomaximum ger fullskaleutslag på skrivaren. Centralmaximum kommer nu att bottna, ignorera detta eftersom ni vet hur stor förstärkningen är från föregående mätserie. 5